CI 3 à courant continu DE couple Direction assistée électrique Problématique Dans les systèmes motorisés, on trouve souvent des moteurs à courant continu (par exemple dans la DE). Lors du choix des composants de la DE, il a été nécessaire de déterminer les caractéristiques électriques du moteur en fonction des caractéristiques mécaniques attendues pour mouvoir la direction. Pour cela, il est intéressant de connaître : - De quoi est constitué un moteur à courant continu. - Quelle loi électromécanique permet de contrôler sa vitesse - Quelle loi électromécanique permet de contrôler le couple de ce moteur? Pédagogique Centres d intérêt Savoirs 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 B C D Thèmes associés 1 B11 C11 D1 F1 R1 E1 E8 E11 E13 E4 E5 I3 I1 I6 I12 2 B12 C12 D2 F2 R2 E2 E9 E12 E18 E7 E6 I4 I2 I7 B21 C21 F3 R3 E3 E10 E15 E19 E16 I5 I11 I8 B22 C22 R4 E14 E17 I13 I9 B31 C23 R5 I10 B32 C24 R6 B41 R7 B42 R8 B51 R9 B52 Compétences attendues Identifier une solution constructive réalisée et lui associer sa fonction technique Vérifier les performances au regard d un CDC Identifier et régler les paramètres de commande liés à la variation de vitesse Condition de travail Durée : 2 heures Matériel : équivalent au moteur DE DE et son moteur démonté Livre Mémotech SI ou tout autre support d information (Internet) Dossier technique de la DE Evaluation Ce TP est un TP de découverte. Il se fait avec 2 groupes distincts de façon séparée pendant la première heure. Ensuite, les 2 groupes se rejoignent pour formuler une synthèse sur les lois trouvées. Vous devez rédiger un compte rendu des activités et des résultats obtenus dans ce TP sur copie double. Ce compte rendu sera annoté en cours de séance. Bac S-Sciences de l Ingénieur Page 1/6
CI 3 à courant continu DE couple TRVIL DEMNDE : Le travail se décompose en 4 parties distinctes : - La première partie violette sera réalisée par les 2 groupes ensemble en début de première heure - La partie rouge sera réalisée par le groupe 1 dans la première heure - La partie bleue sera réalisée par le groupe 2 dans la première heure - La seconde partie violette sera réalisée par les 2 groupes ensemble dans la seconde heure. Question 1 - Etude des chaînes énergétique et informationnelle de la DE : (25 min) Identifier sur la station la position des différents éléments de la direction assistée : le capteur de couple au volant le calculateur le moteur à courant continu le réducteur roue et vis sans fin le capteur de couple sur la colonne (sortie) la crémaillère Les repérer ci-dessous en les entourant et en complétant les........ du véhicule W bio-mécanique (C vol, Ω vol ) W électrique (I, U) c) On donne la chaîne suivante : cquérir vitesse cquérir couple Distribuer Hacheur 4C inclus dans le calculateur Traiter Convertir MCC W électrique modulée (I m, U m ) Ordres au moteur Transmettre réducteur r=1/23 W mécanique de rotation (C m, Ω m ) W mécanique de rotation (C mr, Ω mr ) Transmettre Colonne W mécanique de rotation (C s, Ω s ) En vous aidant de ce qui précède, du banc DE et du dossier technique, compléter la chaîne en indiquant : le nom et le type du composant réalisant la fonction Convertir ; les noms des grandeurs caractéristiques des flux d énergies. Bac S-Sciences de l Ingénieur Page 2/6 + + dditionner les couples Vers les roues
CI 3 à courant continu DE couple Question 2 : Relation entre la tension et la vitesse de rotation (45 min) Pendant que vous aller chercher à trouver la relation entre la vitesse de rotation du moteur et la tension d alimentation de celui-ci, vos camarades vont chercher la relation entre le couple produit par le moteur et le courant absorbé par celui-ci. En admettant que le moteur à courant continu à aimant permanent puisse être modélisé électriquement de la façon suivante, et que E dépend de la vitesse de rotation du moteur, que dire de la relation entre tension U m, E et le terme R.I m. I m () U m (V) U R =R.I m R E (V) En faisant l hypothèse que E=0 si le moteur ne tourne pas, mesurer à l aide d un Ohmmètre la résistance de l induit du moteur (faire plusieurs mesures après avoir fait tourner le rotor et grader la mesure la plus faible). Proposer un schéma de principe montrant les composants permettant de mesure le courant absorbé par le moteur, la tension d alimentation de celui-ci et la vitesse de rotation limentation stabilisée réglable MCC rbre du moteur Mettre en œuvre le schéma et montrer les branchements à votre professeur avant de mettre sous tension Compléter le tableau Excel ci-dessous lorsque le moteur est à vide, en réalisant les mesures : U m (V) régler 0 2 4 6 8 10 I m () E (V) N m (tr/min) Ω m (rad/s) mesurer calculer mesurer calculer Tracer la courbe E=f(Ω m ) à l aide de l outil Excel à votre disposition (et l Imprimer la courbe et le tableau). Montrer que E=k v.ω m et donner la valeur de k v Bac S-Sciences de l Ingénieur Page 3/6
CI 3 à courant continu DE couple Question 3 : Etude de la relation entre le couple fourni par le moteur et le courant absorbé par celui-ci (45min) Pendant que vous aller chercher à trouver la relation entre le couple produit par le moteur et le courant absorbé par celui-ci, vos camarades vont chercher la relation entre la vitesse de rotation du moteur et la tension d alimentation de celui-ci Remarque : Pour la suite, le réducteur sera considéré comme parfait (on considèrera qu il n engendre aucune pertes) En vous aidant du schéma bloc vu précédemment, donner la relation : - entre le couple de sortie du réducteur C mr, le couple colonne C s et le couple volant C vol. - entre le couple fourni par le moteur C m, le rapport de réduction R et le couple de sortie du réducteur C mr - entre C m, C vol et C s en combinant les 2 relations précédentes On désire étudier l'assistance fournie par le moteur. Pour cela nous allons étudier la relation électromécanique 1 qui donne la relation entre le couple du moteur d assistance C m et le courant absorbé par celui-ci I m en appliquant des couples au volant de plus en plus importants. - Mettre sous tension la DE - Mettre le contact et le régime moteur - Mettre le bouton de réglage de la vitesse du véhicule sur la position "V = 1 Km/h" - Lancer le logiciel DE qui permet d acquérir et de visualiser la mesure. - Mettre le volant en butée de braquage à droite et appliquer un couple au volant par une masse suspendue à la sangle. - Etablir la communication micro - station en validant successivement [Mesures], [Initialiser] Un message à l écran indique que la mesure est prête à démarrer. - ppuyer sur le bouton Départ mesure du tableau de bord. Ceci a pour effet de lancer le chronomètre contrôlant la durée de mesure (10 s). ttention, le départ de la mesure n est effectif que lorsque le chronomètre se met à décompter. - Lorsque l'importation des résultats est terminée fermer la fenêtre en cours. - Noter le point reliant le courant absorbé par le moteur au couple fourni par le réducteur (faire une formule couple de sortie - couple volant). - Renseigner au fur et à mesure le tableau Excel qui vous est fourni (voir ci-après) - Effacer la mesure sur le logiciel DE. - Modifier la masse suspendue et relancer une mesure. Remarque importante pour les mesures qui vont suivre : 1 Relation qui relie les grandeurs mécaniques (de sortie du moteur) aux grandeurs électriques (d entrée du moteur). Bac S-Sciences de l Ingénieur Page 4/6
CI 3 à courant continu DE couple près plusieurs mesures le moteur chauffe, l intensité d alimentation et limitée par une protection thermique. Dans ce cas, couper l assistance en coupant le contact avec la clé et attendre que la température du moteur revienne à la température ambiante. Le constructeur précise que les valeurs de couple au volant peuvent s écarter de 15 à 20 % des valeurs théoriques (compte tenu du frottement dans la colonne, des imprécisions du de mesure des capteur de couple colonne et volant,...). Tableau à compléter avec Excel masse (kg) C volant (Nm) C sortie (Nm) C mr (Nm) C m (Nm) I m () appliquer sur la sangle 0 1 2 3 4 5 Relation fournie dans le tableau =Cmr/R - Tracer la courbe reliant le I m (courant moteur) à C m (couple moteur) et imprimer le tableau et la courbe - Montrer que C m =k i.i m et donner la valeur de k i Bac S-Sciences de l Ingénieur Page 5/6
CI 3 à courant continu DE couple Conclusion sur le moteur à courant continu : 1- Mise en commun des résultats des 2 groupes Confrontez les travaux réalisés par les 2 groupes en échangeant les résultats et conclure sur la relation entre les grandeurs mécaniques sur l arbre (C m et Ω m ) et les grandeurs électriques «d alimentation» (E et I m ) pour le moteur à courant continu à aimant permanents. 2- Etude de la constitution du moteur (25 min) Dans cette partie on va s intéresser à la constitution du moteur de la DE. Malheureusement, on ne souhaite pas démonter le moteur de la DE. On va donc travailler sur un moteur équivalent du point de vue du fonctionnement, mais légèrement plus petit (Il s agit d un moteur de lève vitre électrique de voiture). - Démonter le moteur à votre disposition et repérer les différents éléments (attention, il y a des parties fragiles avec des ressorts). - Etudier le livre Mémotech SI ou tout autre support et indiquer le nom et la fonction des différents éléments fléchés en essayant de les retrouver sur le moteur que vous avez démonté. Bac S-Sciences de l Ingénieur Page 6/6