Chapitre 10 : Machine à courant continu à excitation série

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1 Chapitre 10 : Machine à courant continu à excitation série / définition 1. symbole 2. relations classiques a) fém induite b) couple électromagnétique 3. schéma équivalent 4. expression de la vitesse / fonctionnement sous tension constante 1. TP sur feuille 2. vitesse de rotation 3. couple a) démarrage b) T em = f ( ) 4. caractéristique mécanique / fonctionnement à constant V / bilan de puissance M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 1

2 / Définitions 1. symbole L inducteur et l induit sont en série : inducteur M M U ou U induit 2. relations classiques a) fém induite E en V E = K.Ф.Ω Ω en rad.s -1 Ф flux inducteur créé par le courant. Donc, lorsque la machine n est pas saturée, Ф=k. D où : E = K. k..ω E = ĸ..Ω b) couple électromagnétique T em = K.Ф. donc, de même, en non saturé, T em = ĸ. ² 3. schéma équivalent R t = R + r R r où R : résistance de l induit r : résistance de l inducteur E U U = E + R t. U = E + ( R+ r ). M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 2

3 4. Expression de la vitesse U = E + R t. = K.Ф.Ω + R t. D où : Ω = U - R t. K.Ф Si la machine n est pas saturée : Ω = U - R t. ĸ. Remarque : Dès que est faible, Ω devient très grand ; donc on démarre ce moteur en charge pour éviter l emballement. / Fonctionnement sous tension constante 1. TP sur feuille M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 3

4 TP sur feuille 1. Préparation U + A inducteur M T u T r Frein à poudre On peut régler le frein à poudre et mesurer T u ; ; U ; n. On veut : tracer n=f() ; T u =f() ; T u =f(n) pour U=U N. plaque signalétique du moteur : 250V ; 1,2A ; 1500tr/min ;180W. a) compléter le schéma du montage en y insérant le voltmètre permettant de mesurer U. b) Compléter le protocole : 1 câbler le montage démarrage 2 on met une charge (frein à poudre : T r ) 3 augmenter U depuis 0V jusqu à U=U N = 250V 4 Régler le frein à poudre pour obtenir la valeur de souhaitée. Réajuster, si nécessaire, la valeur de U. 5 Noter les valeurs de T U ; n.. ;.. 6 Pour obtenir d autres points de fonctionnement, agir sur la valeur de T r (frein à poudre) 7 On peut, sans risque pour le moteur, faire varier jusqu à 1,2.fois N. 8 on baisse U jusqu'à l éteindre Arrêt 9 Mettre le frein hors service en réglant T r = 0.N.m 2. Mesures A U=140V, les mesures donnent : T u N.m A n tr/min 1,06 0,92 0,8 0,58 0,42 0,3 0,24 0,18 0,12 0,08 0,04 0,03 0,02 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0, M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 4

5 Cours 10 Tracer les courbes Tu=f() et n=f() puis Tu=f(n) M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 5

6 2. vitesse de rotation on a : Ω Ω = U - R t. ĸ. hyperbole saturation alimenté sous tension nominale, un moteur série ne doit jamais fonctionner à vide car si 0 (T 0) alors Ω U - R t. à la saturation (pour grand) Ф = cste alors : Ω = est une fonction K.Ф affine Ω = U - α. (droite décroissante) 3. couple a) démarrage au démarrage, T d > T N : démarrage en charge possible. Donc fort appel de courant au démarrage, d > N Remarque : le moment du couple de démarrage d un moteur série est supérieur à celui d un moteur à excitation indépendante. b) T em = f ( ) T em Sous tension constante, la charge impose un couple résistant donc un courant T= ĸ. ² Tem T u T em = ĸ. ² donc parabole jusqu à la saturation T em = KФ dès lors M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 6

7 4. caractéristique mécanique T saturation Ω Sans la saturation : T= ĸ. ² = U ĸ Ω + R t donc T = ĸU² (ĸ Ω + R t )² hyperbole Avec saturation : T= KФ U- KФΩ = R t donc T = KФU-(KФ)²Ω R t Droite décroissante / Fonctionnement à constant Donc à flux constant E = KФΩ = ĸ Ω proportionnel à la vitesse Ω = E / ĸ = (U-R t )/ ĸ fonction affine T em = ĸ. constant Ω M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) U 7

8 V / Bilan de puissance P c = T c.ω P a = U P em = E P u = T u.ω P J =Rt ² P u η = P a = U R t ² -P c U = E - P c U M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 8

9 Doc élève M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 9

10 TP sur feuille 3. Préparation U + A inducteur M T u T r Frein à poudre On peut régler le frein à poudre et mesurer T u ; ; U ; n. On veut : tracer n=f() ; T u =f() ; T u =f(n) pour U=U N. plaque signalétique du moteur : 250V ; 1,2A ; 1500tr/min ;180W. a) compléter le schéma du montage en y insérant le voltmètre permettant de mesurer U. b) Compléter le protocole : 1 câbler le montage démarrage augmenter U depuis 0V jusqu à U= 4 Régler pour obtenir la valeur de souhaitée. Réajuster, si nécessaire, la valeur de U. 5 Noter les valeurs de ;.. ;.. 6 Pour obtenir d autres points de fonctionnement, agir sur la valeur de 7 On peut, sans risque pour le moteur, faire varier jusqu à.fois N. 8 Arrêt 9 Mettre le frein hors service en réglant T r =.N.m 4. Mesures A U=140V, les mesures donnent : T u N.m A n tr/min 1,06 0,92 0,8 0,58 0,42 0,3 0,24 0,18 0,12 0,08 0,04 0,03 0,02 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0, M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 10

11 Cours 10 Tracer les courbes Tu=f() et n=f() puis Tu=f(n) M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 11

12 Cours 10 M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 12