CI 3 Moteur à courant continu DAE

Station de mesure
CI 3 Moteur à courant continu DAE
Régime
Moteur
Calculate ur
Capteur de couple
Capteur de
Vitesse
Prise diagnostique
Direction assistée électrique
Problématique
Dans les systèmes motorisés, on trouve souvent des moteurs à courant continu (par
exemple dans la DAE). Lors du choix des composants de la DAE, 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
1
2
3
4
5
6
AF1
AF2
AF3
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
R9
E1
E2
E3
E8
E9
E10
E14
E11
E12
E15
E17
7
8
9
10
11
12
E5
E6
I5
I13
I3
I4
I1
I2
I11
I6
I7
I8
I9
I10
I12
Thèmes associés
E13
E18
E19
E4
E7
E16
A
Savoirs
B
C
D
A1
B11
C11
D1
A2
B12
B21
B22
B31
B32
B41
B42
B51
B52
C12
C21
C22
C23
C24
D2
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 :
Moteur équivalent au moteur DAE
DAE et son moteur démonté
Livre Mémotech SI ou tout autre support d’information (Internet)
Dossier technique de la DAE
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.
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Régime
Moteur
Calculate ur
Capteur de
Vitesse
Capteur de couple
Prise diagnostique
TRAVAIL DEMANDE :
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 DAE : (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
sans fin
le capteur de couple sur la
colonne (sortie)
Les repérer ci-dessous en les entourant et en
complétant les ………..
……
roue et vis
……
Régime
Moteur
……
la crémaillère
..............
……
Capteur de
Vitesse
..............
Prise diagnostique
c) On donne la chaîne suivante :
Vitesse du
véhicule
Acquérir
Capteur de vitesse
Traiter
Calculateur
Acquérir
Additionner
les couples
Ordres au
moteur
Capteur de couple
W bio-mécanique
(Cvol, Ωvol)
W électrique
(I, U)
Distribuer
Convertir
Hacheur 4C
inclus dans le
calculateur
Transmettre
MCC
réducteur r=1/23
+
+
Transmettre
Colonne
Vers
les
roues
W mécanique de W mécanique W mécanique
W électrique rotation (C , Ω ) de rotation de rotation
m
m
modulée (Im, Um)
(Cs, Ωs)
(Cmr, Ωmr)
En vous aidant de ce qui précède, du banc DAE 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.
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Moteur
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Capteur de couple
Capteur de
Vitesse
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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
Um, E et le terme R.Im.
UR=R.Im
Im (A)
R
E (V)
Um (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
Alimentation
stabilisée
réglable
Arbre du
moteur
MCC
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 :
Um (V)
Im (A)
E (V)
Nm
(tr/min)
Ωm (rad/s)
A régler
0
2
4
6
8
10
A
mesurer
A
calculer
A
mesurer
A
calculer
Tracer la courbe E=f(Ωm) à l’aide de l’outil Excel à votre disposition (et l’Imprimer la
courbe et le tableau).
Montrer que E=kv .Ωm et donner la valeur de kv
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Capteur de
Vitesse
Capteur de couple
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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 Cmr, le couple colonne Cs et le
couple volant Cvol.
entre le couple fourni par le moteur Cm, le rapport de réduction R et le
couple de sortie du réducteur Cmr
entre Cm, Cvol et Cs en combinant les 2 relations précédentes
On désire étudier l'assistance fournie par le moteur. Pour cela nous allons étudier la
relation électromécanique1 qui donne la relation entre le couple du moteur
d’assistance Cm et le courant absorbé par celui-ci Im en appliquant des couples au
volant de plus en plus importants.
-
-
Mettre sous tension la DAE
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 DAE 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.
Appuyer sur le bouton ‘Départ mesure’ du tableau de bord. Ceci a pour effet de
lancer le chronomètre contrôlant la durée de mesure (10 s). Attention, 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 DAE.
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).
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Après 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)
Cmr (Nm)
Cm (Nm)
Im (A)
A appliquer
sur la
sangle
A mesurer
avec le PC
A mesurer
avec le PC
A mesurer
avec le PC
Relation
fournie
dans le
tableau
A mesurer
avec le PC
0
1
2
3
4
5
=Cmr/R
-
Tracer la courbe reliant le Im (courant moteur) à Cm (couple moteur) et imprimer le
tableau et la courbe
-
Montrer que Cm=ki.Im et donner la valeur de ki
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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 (Cm et Ωm) et les
grandeurs électriques « d’alimentation » (E et Im) 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 DAE.
Malheureusement, on ne souhaite pas démonter le moteur de la DAE. 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.
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