TP N° 18 : Le Tube Fluorescent DÉROULEMENT DE LA SÉANCE TITRE ACTIVITÉS PROF ACTIVITÉS ÉLÈVES MOYEN DURÉE - Fin du T.P. { 4 heures} Page 1 sur 12 Tableau de comité de lecture Date de lecture 18 avril 2004 Lecteurs CROCHET David Observation Première écriture et réaménagements mineurs Remarques rédacteur Date modifications 18 avril 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 : Adresse Professionnel : [email protected] David Crochet Apt. 82 Un dossier élève (pages 4 à -) 17, rue des sorbiers Un dossier prof (pages - à - ) 50000 Saint-Lô Un dossier ressource (page - à -) Un transparent (page - ) Page 2 sur 12 TP N° 18 Le Tube Fluorescent Niveau : Tale BEP ELEC Lieu : Salle de mesure Durée : 4 heures Organisation : groupe ½ classe, travail par binôme LIAISON AU RÉFÉRENTIEL PRÉ-REQUIS Les élèves doivent être capables : OBJECTIFS Les élèves devront être capables de : NIVEAU D'APPRENTISSAGE - Apprendre à (savoir intégré) Apprendre à (savoir actif) MÉTHODE - Active Page 3 sur 12 EXPÉRIMENTATION SCIENTIFIQUE B.E.P. ELEC MESURES ET ESSAIS DOSSIER PÉDAGOGIQUE TP N° 18 Le Tube Fluorescent Objectif : - Matériel : - un tube fluorescent - Un wattmètre - Un ampèremètre - Un voltmètre - 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 12 TP 18 - Étude du tube fluorescent 1. Partie Théorique : Association RLC K R L C UR UL UC U On donne les infos suivantes : - R = 60 - C = 15 µF - L est inconnu Essai 1 : L'interrupteur K est fermé et le circuit est sous tension. - U = 24 V - f = 50 Hz - I = 0,122 A 1.1. Calculer Z 1.2. Calculer L puis L 1.3. Calculer la puissance dissipée par la résistance Essai 2 : L'interrupteur K est ouvert et le circuit sous tension - U = 24 V - f = 50 Hz - I = 0,369 A 1.4. Calculer Z 1.5. Calculer le facteur de puissance du montage (calculer cos ) 2. Partie Théorique : Moteur asynchrone triphasé Un moteur asynchrone à rotor en court-circuit ayant les caractéristiques suivantes : - 230/400 V 50 Hz - 24,2 / 14 A - Pu = 7,5 kW - cos = 0,87 - n = 2940 min-1 Page 5 sur 12 - Résistance mesurée entre bornes (moteur couplé) : r = 0,8 2.1. Calculer la puissance absorbée (PA) = 400 V 2.2. Calculer les pertes joules statoriques (PJS) 2.3. Calculer la fréquence de rotation du moteur (en rad.s-1) 2.4. Calculer le glissement (g) du moteur 2.5. Calculer le couple utile (Cn) du moteur 3. Partie Théorique : transformateur monophasé Un transformateur monophasé ayant les caractéristiques suivantes : - 230 / 24 V – 50 Hz - Sn = 160 VA Ce transformateur alimente un circuit de commande qui absorbe une puissance de 80 W avec un cos = 0,75 3.1. Calculer le rapport de transformation (m) 3.2. Sachant que l'enroulement primaire comporte 700 spire, calculer le nombre de spire de l'enroulement secondaire 3.3. Calculer l'intensité nominale des courants au secondaire (I2N) puis au primaire (I1N) 3.4. Calculer le courant débité par le secondaire du transformateur (I2) lorsqu'il alimente la charge 4. Partie Pratique : Le tube fluorescent 4.1. Étude du tube sans condensateur 4.1.1. Donner le montage (d'abord sur brouillon) du montage afin de mesure les courant, la tension et la puissance absorbé par le tube fluorescent. 4.1.2. Effectuer le montage après avoir montré votre schéma au professeur 4.1.3. Relever les valeurs demandées 4.1.4. Quels est la valeur de l'impédance du tube fluorescent ? Page 6 sur 12 4.1.5. Calculer le cos de votre montage 4.1.6. EDF ne veut pas de matériel ayant une tg 0,4. Le tube fluorescent respecte t'il cette tangente ? 4.1.7. Si c'est le cas, le tube fluorescent consomme trop de puissance réactive. Que proposer vous de modifier sur le tube fluorescent afin qu'il consomme moins de puissance réactive ? 4.2. Étude du tube fluorescent avec un condensateur 4.2.1. Réeffectuer les mesures de tension, courant et puissance par la même méthode qu'à la question 2.1 4.2.2. Relever les valeurs demandées 4.2.3. Quel est la valeur de l'impédance de ce tube fluorescent ? 4.2.4. La tg est-elle inférieur à 0,4 et respecte t'on les restrictions qu'impose EDF ? 4.2.5. Relever, sur le tube, la valeur de la puissance active et mesurer le rendement de ce tube fluorescent = Puissance émise par le tube Puissance absorbée par le tube Page 7 sur 12 EXPÉRIMENTATION SCIENTIFIQUE B.E.P. ELEC MESURES ET ESSAIS DOSSIER PROFESSEUR TP N° 18 Le Tube Fluorescent Objectif : - Matériel : - un tube fluorescent - Un wattmètre - Un ampèremètre - Un voltmètre - 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 12 TP 18 - Étude du tube fluorescent 1. Partie Théorique : Association RLC K R L C UR UL UC U On donne les infos suivantes : - R = 60 - C = 15 µF - L est inconnu Essai 1 : L'interrupteur K est fermé et le circuit est sous tension. - U = 24 V - f = 50 Hz - I = 0,122 A 1.1. Calculer Z Z= U 24 = =197 I 122.103 Z = 197 1.2. Calculer L puis L Z = R 2 Lω2 L = Z 2 - R 2 = 1972 - 602 =187 L = 187 L= 187 187 = = 596.10-3 ω 2π 50 L = 596 mH 1.3. Calculer la puissance dissipée par la résistance P = RI² = 600,122² =893.10-3 P = 893 mW Essai 2 : L'interrupteur K est ouvert et le circuit sous tension - U = 24 V - f = 50 Hz Page 9 sur 12 - I = 0,369 A 1.4. Calculer Z U 24 = =65,0 I 369.103 Z= Z = 65,0 1.5. Calculer le facteur de puissance du montage (calculer cos ) cos = R 60 = = 0,923 Z 65,0 cos = 0,923 2. Partie Théorique : Moteur asynchrone triphasé Un moteur asynchrone à rotor en court-circuit ayant les caractéristiques suivantes : - 230/400 V 50 Hz - 24,2 / 14 A - Pu = 7,5 kW - cos = 0,87 - n = 2940 min-1 - Résistance mesurée entre bornes (moteur couplé) : r = 0,8 2.1. Calculer la puissance absorbée (PA) avec U = 400 V Pa = 3 UI cos = 3 400 14 0,87= 8,44.103 Pa = 8,44 kW 2.2. Calculer les pertes joules statoriques (PJS) PJS = 3 3 rI = 0,814² = 235 2 2 PJS = 235 W 2.3. Calculer la fréquence de rotation du moteur (en rad.s-1) = πn 2940π = =308 30 30 = 308 rad.s-1 2.4. Calculer le glissement (g) du moteur g= n s n 3000 2940 = = 0,02 3000 ns Page 10 sur 12 g=2% 2.5. Calculer le couple utile (Cn) du moteur Pu = Cn Cn = PU 7,5.103 = = 24,4 Ω 308 Cn = 24,4 Nm 3. Partie Théorique : transformateur monophasé Un transformateur monophasé ayant les caractéristiques suivantes : - 230 / 24 V – 50 Hz - Sn = 160 VA Ce transformateur alimente un circuit de commande qui absorbe une puissance de 80 W avec un cos = 0,75 3.1. Calculer le rapport de transformation (m) m= U2 24 = = 0,104 230 U1 m = 0,104 3.2. Sachant que l'enroulement primaire comporte 700 spires, calculer le nombre de spire de l'enroulement secondaire m= N2 N2 = m.N1 = 0,104 700 = 73 N1 N1 = 73 spires 3.3. Calculer l'intensité nominale des courants au secondaire (I2N) puis au primaire (I1N) Sn = U1.I1N = U2.I2N I1N = Sn 160 = =696.10-3 U1 230 I1N = 696 mA I2N = S n 160 = =6,66 U 2 24 I2N = 6,66 A 3.4. Calculer le courant débité par le secondaire du transformateur (I 2) lorsqu'il alimente la charge Page 11 sur 12 P = U I cos I= 80 P = =4,44 24 0,75 Ucos I = 4,44 A 4. Partie Pratique : Le tube fluorescent 4.1. Étude du tube sans condensateur 4.1.1. Donner le montage (d'abord sur brouillon) du montage afin de mesure les courant, la tension et la puissance absorbé par le tube fluorescent. 4.1.2. Effectuer le montage après avoir montré votre schéma au professeur 4.1.3. Relever les valeurs demandées 4.1.4. Quels est la valeur de l'impédance du tube fluorescent ? 4.1.5. Calculer le cos de votre montage 4.1.6. EDF ne veut pas de matériel ayant une tg 0,4. Le tube fluorescent respecte t'il cette tangente ? 4.1.7. Si c'est le cas, le tube fluorescent consomme trop de puissance réactive. Que proposer vous de modifier sur le tube fluorescent afin qu'il consomme moins de puissance réactive ? 4.2. Étude du tube fluorescent avec un condensateur 4.2.1. Réeffectuer les mesures de tension, courant et puissance par la même méthode qu'à la question 2.1 4.2.2. Relever les valeurs demandées 4.2.3. Quel est la valeur de l'impédance de ce tube fluorescent ? 4.2.4. La tg est-elle inférieur à 0,4 et respecte t'on les restrictions qu'impose EDF ? 4.2.5. Relever, sur le tube, la valeur de la puissance active et mesurer le rendement de ce tube fluorescent = Puissance émise par le tube Puissance absorbée par le tube Page 12 sur 12