Sciences et Technologies de l Industrie et du Développement Durable. Mesures et modélisation moteur à courant continu PILOTE TP32

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1 Sciences et Technologies de l Industrie et du Développement Durable Mesures et modélisation moteur à courant continu PILOTE TP32 T le STI2D CI8 : Caractérisation des chaines d énergie TP (2h) ET COMMENT OPTIMISER L'AUTONOMIE DES SYSTEMES ELECTRIQUES NOMADES? Objectif de l activité : On désire mesurer et caractériser les paramètres influents du moteur à courant continu équipant le PILOTE TP32. Cette mesure permettra ensuite de réaliser un modèle Matlab et de le valider. Il sera alors possible d effectuer des simulations d optimisation d autonomie du système. 1. Préliminaires (Binôme 1 et Binôme 2) 1.1. Synopsis de l essai : Mesure 1 (Rotor bloqué) Mesure 2 Tension U (V) Intensité Fréq. rotation N (tr/min) Tension U (V) Intensité Résistance Interne R (Ω) Force électromotrice E (V) Constante de couple K I (V/rd/s) Constante de vitesse K E (V/rd/s) Frottement sec F sec (N.m) Frottement visqueux F visc (N.m/rd/s) CI8_TP_MCC_PILOTE.TP32_ELEVES_V0.docx Lycée Jules Ferry Versailles 1/5

2 1.2. Relations fondamentales : Q4. Rappeler la relation entre Ω (rd/s) et N (tr/min) Q5. Indiquer la relation K E = f(ω, E) Q1. D après le schéma ci-contre, rappeler la relation du modèle équivalent d un moteur à courant continu U = f(e, R, I) Q2. Quelle est la valeur de E lorsque le rotor est bloqué? Refaire un schéma en conséquence et indiquer la relation du modèle équivalent U = f(r, I) Q3. En reprenant la relation du modèle équivalent, indiquer la relation E = f(u, R, I) 2. Mesures (Binôme 1 en premier et Binôme 2 en second) 2.1. Mesure rotor bloqué : Dispositif expérimental : ATTENTION!! LE CABLAGE S EFFECTUE ALIMENTATION ETEINTE!! Q6. Réaliser le câblage ci-dessous, et appeler le professeur pour la mise sous tension : Courant absorbée (A) Alimentation stabilisée Moteur du Pilote TP32 Voltmètre (DC) Arbre moteur du Pilote TP32 CI8_TP_MCC_PILOTE.TP32_ELEVES_V0.docx Lycée Jules Ferry Versailles 2/5

3 Mesure : Cet essai consiste à relever la tension U (V) et l intensité lorsque le rotor est bloqué. ATTENTION!! NE PAS MAINTENIR TROP LONGTEMPS LE ROTOR BLOQUE (RISQUE DE CHAUFFE)!! ATTENTION!! NE JAMAIS DEPASSER 16 V!! Q7. Relever U (V sur le voltmètre) et I (A sur l afficheur de l alimention) en bloquant le rotor pour 4 points de fonctionnement entre 1 V et 2,5 V et compléter sur copie le tableau suivant : 2.2. Mesure à vide : U (V) Dispositif expérimental : Le montage est le même que pour la mesure précédente, mais il faut à présent mesurer la vitesse du rotor N (tr/min ou RPM). ATTENTION!! NE JAMAIS DEPASSER 16 V!! Q8. Faire varier U et compléter sur copie le tableau ci-dessous : N (tr/min) Indiquez au Binôme 2 qu il peut faire les mesures s ils ont terminé leurs simulations, et vous, poursuivez ci-dessous! 3. Exploitation des résultats : 3.1. Calcul de la résistance interne R : Q9. A partir du tableau de mesures de l essai rotor bloqué (Q7), tracer la courbe U = f(i). Q10. Quelle est la forme de la courbe? CI8_TP_MCC_PILOTE.TP32_ELEVES_V0.docx Lycée Jules Ferry Versailles 3/5

4 On suppose que la pente de la courbe correspond à la résistance interne R. Q11. Calculer la résistance interne R (Ω) et appeler votre professeur pour vérification Calcul de la constante de vitesse K E : Q12. Recopier et compléter le tableau de mesures (Q8) suivant le modèle suivant : Voir Q4 Voir Q3 Voir Q5 N (tour/min) Ω (rad/s) E (V) K E (V/(rd/s)) Q13. Tracer la courbe K E = f(u) Q14. Que peut-on dire de K E? Etablir sa valeur moyenne Calcul des couples de frottements : On suppose que la constante de vitesse K E est égale à la constante de couple K I (N.m/A) K E = K I avec C = K I x I avec C = couple moteur en N.m et Q15. Recopier et compléter le tableau de mesures (Q8) suivant le modèle suivant : Ω (rad/s) C (N.m) Q16. Tracer la courbe C = f(ω) Q17. Quelle est la forme de la courbe? On donne les éléments suivants : Pente de la droite = Frottement visqueux F VISC (N.m/rd/s) C (N.m) Q18. A partir du graphique, calculer et F VISC. Ordonnée à l origine = Frottement sec (N.m) Ω (rd/s) CI8_TP_MCC_PILOTE.TP32_ELEVES_V0.docx Lycée Jules Ferry Versailles 4/5

5 4. Modélisation / Simulation MATLAB (Binôme 1 en second et Binôme 2 en premier) Télécharger le modèle du moteur du PILOTE TP32 : Ouvrir le modèle (il est préférable de démarrer Matlab, puis d ouvrir le modèle ensuite). Paramétrer les blocs en vert avec les résultats de vos mesures (R, K E, et F VISC ). Laisser le couple à 0 : F VISC Q19. Effectuer une série de simulations pour U = 8V, 12V et 16V, relever dans un tableau et Ω (rad/s) puis conclure sur la validité de votre modèle. CI8_TP_MCC_PILOTE.TP32_ELEVES_V0.docx Lycée Jules Ferry Versailles 5/5