- - - TP N 09 : Le Moteur à courant continu DÉROULEMENT DE LA SÉANCE TITRE ACTIVITÉS PROF ACTIVITÉS ÉLÈVES MOYEN DURÉE Fin du T.P. { 4 heures} Page 1 sur 13
Tableau de comité de lecture Date de lecture Lecteurs Observation Remarques rédacteur Date modifications 02 janvier 2004 CROCHET David Première écriture et réaménagements mineurs 02 janvier 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 : E-Mail : 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 61105 FLERS (Adresse valable jusqu'au 30/06/2004) Page 2 sur 13
TP N 09 Le moteur 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 13
B.E.P. ELEC EP3 MESURES ET ESSAIS MESURES ET ESSAIS DOSSIER PÉDAGOGIQUE TP N 09 Le moteur a courant continu Objectif : - Étudier le fonctionnement d'un moteur a courant continu - Effectuer des mesures électriques de tension courant et puissance - Matériel : - 1 Moteur à coruant continu - 1 centrale de mesure électrique - 1 centrale de mesures mécaniques 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 13
TP 9 - Étude du moteur a courant continu 1. But Le moteur à courant continu sera étudié sur plusieurs T.P.. Nous allons voir les caractéristiques du moteur a courant continu et de son comportement en fonction de sa charge. 2. Partie Théorique : Moteur à courant continu I = 36,2 A Caractéristique du moteur : - r = 0,5 Ω (inducteur) - R = 100 Ω (induit) M - n = 1800 min -1 (1 min -1 = 1 tr.min -1 ) U = 120 V - η = 80% 2.1. Établir le schéma équivalent en remplaçant le matériel (inducteur, induit) par son schéma électrique équivalent (résistance, F.C.E.M.) 2.2. Calculer le courant d'excitation (courant dans l'inducteur) 2.3. Calculer le courant dans l'induit 2.4. Calculer la force contre électromotrice du moteur 2.5. Calculer le coefficient k de la formule E = k.ω 2.6. Calculer le couple du moteur C = k.i 2.7. Calculer la puissance utile du moteur P u. 2.8. Calculer la puissance absorbée du moteur P a. Page 5 sur 13
3. Partie théorique : les quadripôles R 2 I B I C R C V CE 8 V Caractéristiques : - V BE = 0,65 V - V CE = 4,8 V - I C = 200 ma - I 1 = 13 ma - β = 100 I 1 R 1 V BE N.B. : I C = β. I B 3.1. Calculer la valeur de la tension aux bornes de la résistance R C. 3.2. Calculer la valeur de la résistance R C. 3.3. Calculer la puissance dissipée par R C. 3.4. Calculer le courant I B. 3.5. Déterminer la tension aux bornes de la résistance R 1. 3.6. Calculer la valeur de la résistance R 1. 3.7. Calculer la puissance dissipée par R 1. 3.8. Calculer la valeur de la résistance R 2. 3.9. Calculer la puissance dissipée par R 2. 4. Partie théorique : Circuit parcouru par un courant continu G U g I R c Caractéristique du générateur G : - E = 30 V - r = 0,02 Ω U r Batterie Caractéristique de la batterie : Constitué de 12 éléments en série Chaque élément : e' = 2 V et r' = 0,04 Ω 4.1. Calculer la valeur de la F.C.E.M. E' de la batterie 4.2. Calculer la valeur de la résistance R' de la batterie Page 6 sur 13
4.3. Dessiner le schéma électrique équivalent, en reprenant les caractéristiques de chaque matériel. 4.4. Calculer la valeur du courant de charge I si Rc = 0 Ω. 4.5. Calculer la valeur de la tension Ur aux bornes de la batterie 4.6. Calculer la valeur de la résistance Rc pour limiter la valeur du courant de charge à 5 A. 5. Partie pratique : Moteur a courant continu, C = f (I), et n = (I) 5.1. Proposer la méthode de mise en œuvre pour effecteur les mesures demandées (schéma et mode opératoire). Les appareils de mesure étant les modules MODMECA et MODELEC 5.2. Préparer un tableau de mesures afin de pouvoir effecteur les courbes demandées (10-11 points de mesures), le courant variant de I 0 (courant à vide) 5 à In. 4 5.3. Effectuer les mesures 5.4. Tracer les courbes et commenter-les. Page 7 sur 13
B.E.P. ELEC EP3 MESURES ET ESSAIS MESURES ET ESSAIS DOSSIER PROFESSEUR TP N 09 Le moteur a courant continu Objectif : - Étudier le fonctionnement d'un moteur a courant continu - Effectuer des mesures électriques de tension courant et puissance - Matériel : - 1 Moteur à courant continu - 1 centrale de mesure électrique - 1 centrale de mesures mécaniques 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 8 sur 13
TP 9 - Étude du moteur a courant continu 1. But Le moteur à courant continu sera étudié sur plusieurs T.P.. Nous allons voir les caractéristiques du moteur a courant continu et de son comportement en fonction de sa charge. 2. Partie Théorique : Moteur à courant continu I a = 36,2 A Caractéristique du moteur : - r = 0,5 Ω (induit) - R = 100 Ω (inducteur) M - n = 1800 min -1 (1 min -1 = 1 tr.min -1 ) U = 120 V - η = 80% 2.1. Établir le schéma équivalent en remplaçant le matériel (inducteur, induit) par son schéma électrique équivalent (résistance, F.C.E.M.) I a = 36,2 A E R e = 100 Ω R = 0,5 Ω U = 120 V 2.2. Calculer le courant d'excitation I e (courant dans l'inducteur) 2.3. Calculer le courant dans l'induit I U 120 I e = =100 =1,2 R e I e = 1,2 A I = I a I e = 36,2 1,2 = 35 I = 35 A 2.4. Calculer la force contre électromotrice du moteur E E = U RI = 120 0,5 35 = 120 17,5 = 102,5 Page 9 sur 13
E = 102,5 V 2.5. Calculer le coefficient k de la formule E = k.ω E E 102,5 k = = = = 0,544 Ω πn π 1800 30 30 k = 0,544 V.s.rad -1 2.6. Calculer le couple du moteur C = k.i C = k.i = 0,544 35 = 19,0 C = 19,0 Nm 2.7. Calculer la puissance utile du moteur πn π 1800 P u = C Ω = C = 19,0 =3,59.10 3 30 30 P u = 3,59 kw 2.8. Calculer la puissance absorbée du moteur P P a = u 3,59.10 = 3 = 4,48.10 3 η 0,80 P a = 4,48 kw 3. Partie théorique : les quadripôles R 2 I B I C R C V CE 8 V Caractéristiques : - V BE = 0,65 V - V CE = 4,8 V - I C = 200 ma - I 1 = 13 ma - β = 100 I 1 R 1 V BE N.B. : I C = β. I B 3.1. Calculer la valeur U Rc de la tension aux bornes de la résistance R C. U Rc = 8 V CE = 8 4,8 = 3,2 U Rc = 3,2 V 3.2. Calculer la valeur de la résistance R C. Page 10 sur 13
R C = UR C 3,2 = -3 I C 200.10 R C = 16 Ω = 16 3.3. Calculer P Rc la puissance dissipée par R C. 3.4. Calculer le courant I B. P Rc = R C. I C ² = 16 (200.10-3 )² = 0,64 P Rc = 0,64 W I I B = C 200.10 = -3 = 2.10-3 β 100 I B = 2 ma 3.5. Déterminer U R1 la tension aux bornes de la résistance R 1. U R1 = V BE = 0,65 U R1 = 0,65 V 3.6. Calculer la valeur de la résistance R 1. R 1 = U R1 = -3 I 1 0,65 = 50 13.10 R 1 = 50 Ω 3.7. Calculer la puissance dissipée par R 1. P R1 = R 1. I 1 ² = 50 (13.10-3 )² = 8,45.10-3 P Rc = 8,45 mw 3.8. Calculer la valeur de la résistance R 2. R 2 = 8- U I + I 1 8-0,65 R1 = = -3 3 3 B 13.10 + 2.10 15.10 R 2 = 490 Ω 7,35 = 490 3.9. Calculer la puissance dissipée par R 2. P R2 = R 2. (I 1 +I B )² = 490 (2.10-3 +13.10-3 )² = 490 (15.10-3 )²= 110.10-3 P Rc = 110 mw Page 11 sur 13
4. Partie théorique : Circuit parcouru par un courant continu G U g I R c Caractéristique du générateur G : - E = 30 V - r = 0,02 Ω U r Batterie Caractéristique de la batterie : Constitué de 12 éléments en série Chaque élément : e' = 2 V et r' = 0,04 Ω 4.1. Calculer la valeur de la F.C.E.M. E' de la batterie E' = 12 e' = 12 2 = 24 E' = 24 V 4.2. Calculer la valeur de la résistance R' de la batterie R' = 12 r' = 12 0,04 = 0,48 R' = 0,48 Ω 4.3. Dessiner le schéma électrique équivalent, en reprenant les caractéristiques de chaque matériel. I R c G E r U g Batterie E' R' U r 4.4. Calculer la valeur du courant de charge I si Rc = 0 Ω. R C.I E' R'.I ri + E = 0 I ( R C R' r ) = E' E I = I = 24 30 0 0,48 0,02 = I = 12 A 6 0,5 = 12 E' E R R r C 4.5. Calculer la valeur de la tension Ur aux bornes de la batterie Page 12 sur 13
U r = E' + R'I = 24 + 0,48 12 = 24 + 5,76 = 17,8 U r = 17,8 V 4.6. Calculer la valeur de la résistance Rc pour limiter la valeur du courant de charge à 5 A. R C.I E' R'.I ri + E = 0 R C.I = E' + R'.I + ri E R C = R C = 12 + 0,48 5 + 0,02 5 30 5 R C = 3,1 Ω = 15,5 5 = 3,1 E + R I + ri E I 5. Partie pratique : Moteur a courant continu, C = f (I), et n = (I) 5.1. Proposer la méthode de mise en œuvre pour effecteur les mesures demandées (schéma et mode opératoire). Les appareils de mesure étant les modules MODMECA et MODELEC 5.2. Préparer un tableau de mesures afin de pouvoir effecteur les courbes demandées (10-11 points de mesures), le courant variant de I 0 (courant à vide) 5 à In. 4 5.3. Effectuer les mesures 5.4. Tracer les courbes et commenter-les. Page 13 sur 13