Td CEM 1.3 - TSI Ljf.html

CEM conversion électromécanique
Td
TD-CEM-1.3
moteur à courant continu
Td CEM 1.3
TSI1
La conversion électromécanique
d’énergie
X
La machine à courant continu
Cycle 8 : Conversion électromécanique
TSI2
Période
1
2
3
4
5
X
Durée : 3 semaines
Motorisation de la catapulte du Space Mountain
Système de lancement de la catapulte
Les moteurs M1 et M2 sont deux moteurs à courant continu ayant les caractéristiques suivantes :
- Tension d’induit : UN = 700 V ; Vitesse nominale NN = 275 tr.min-1.
- Puissance utile nominale : 825 kW ; Courant nominal induit IN = 1300 A
- Tension d’excitation UE = 700 V ; Courant d’excitation IE = 16,5 A.
- Courant de démarrage : 2,2 × IN ; Résistance d’induit R = 30 mΩ.
Analyser
Modéliser
Résoudre
Choisir une démarche de résolution
Expérimenter
Concevoir
Savoirs faires associés
Proposer une méthode de résolution permettant la détermination des courants, des tensions, des puissances
échangées, des énergies transmises ou stockées.
Procéder à la mise en œuvre d'une démarche de résolution analytique
Savoirs faires associés
Construire graphiquement les lois de l’électricité à partir des vecteurs de Fresnel
Déterminer les caractéristiques mécaniques de l’actionneur
Déterminer le point de fonctionnement
Lycée Jules Ferry
Page 1 sur 3
Réaliser
Communiquer
%
questions
bilan
1à4
%
questions
bilan
1à4
TSI1
CEM conversion électromécanique
TD-CEM-1.3
moteur à courant continu
Les moteurs sont à excitation indépendante et constante.
La vitesse d’engagement du train est de 0,2m.s-1 et celle de lancement est de 14m.s-1.
Les vitesses min et max de la machine à courant continu sont de 3,8 tr.min-1(train à 0,2 m.s-1) et de 266
tr.min-1 (train à 14 m.s-1)
Objectif : vérifier que les machines à courant continu assurent le démarrage du train dans les
conditions fixées par le cahier des charges.
Q1-1 Les machines à courant continu sont refroidies par un ventilateur à entraînement séparé. Quel est
l’avantage d’une motoventilation de ce type par rapport à une auto-ventilation ? Justifier votre réponse.
On va étudier le modèle équivalent d’un seul moteur.
Les enroulements de l’induit sont bobinés avec un fil de cuivre de coefficient thermique de 3,9×10-4°C-1.
Q1-2 La résistance de l’enroulement d’induit mesurée en fonctionnement est R = 30 mΩ. La résistance
mesurée à froid (20°C) est de 28,7 mΩ. Le constructeur préconise un échauffement maximal à 160°C.
Indiquer si la température de fonctionnement du moteur est compatible avec les préconisations du
constructeur.
Pour le fonctionnement nominal :
Q2-1 Compte tenu des indications de la plaque signalétique de la machine à courant continu, calculer la
puissance absorbée par l'induit au fonctionnement nominal et en déduire la valeur des pertes totales
(pertes fer + pertes mécaniques + pertes Joule), hors excitation.
Q2-2 Calculer la part relative (en %) des pertes Joules de l'induit et celle des pertes fer + mécaniques
dans les pertes totales déterminées précédemment.
Q2-3 Calculer la valeur du couple de pertes CP que l’on considèrera comme constant.
Q2-4 Quelle grandeur électrique permet de contrôler directement le couple utile d’une machine à courant
continu à flux inducteur constant ?
Q2-5 Quelle est la grandeur électrique image de la vitesse de l’arbre d’une machine à courant continu ?
Q2-6 Calculer le couple utile sur l’arbre de la machine à courant continu au point de fonctionnement
nominal. En déduire la valeur du couple électromagnétique et de la constante de couple Kt.
Démarrage du train.
Le couple résistant à vaincre au démarrage est de 32000N.m par moteur.
Q3-1 Vérifier que les moteurs sont capables d’assurer le démarrage.
Variation de vitesse.
Q4-1 Montrer que la fcem E est proportionnelle à la vitesse à partir de la relation entre CEL et I et que le
facteur de proportionnalité Ke est égal à Kt. (Vous préciserez bien les unités)
Q4-2 Exprimer la vitesse N en tr.min-1 en fonction de la tension d’induit U et le couple utile Cu.
Q4-3 Calculer la tension U nécessaire pour la vitesse mini du train avec un couple utile de 20000N.m
Q4-4 Calculer la tension U nécessaire pour la vitesse maxi du train avec un couple utile de 8000N.m.
Lycée Jules Ferry
Page 2 sur 3
TSI1