VOITURE RADIO COMMANDÉE Étude de la motorisation électrique

VOITURE RADIO COMMANDÉE
Étude de la motorisation électrique
Durée : 1 h 30
Série 2 – TP 5
CENTRE D'INTERET CI – 2 : Chaîne d'énergie
Objectifs visés par rapport au programme :
2-1-1 Alimenter en énergie
2-1-2 Distribuer l'énergie
2-1-3 Convertir l'énergie et entraîner
Présentation de la séance
Au cours de ce TP vous allez analyser par l’expérimentation et l’observation les performances de la motorisation électrique qui
équipe le modèle réduit.
Les caractéristiques du moteur électrique seront relevées expérimentalement.
L’analyse des performances du moteur s’appuiera sur les résultats expérimentaux et l’analyse des documents. Cette étude sera
synthétisée dans un tableau, qui reprendra la totalité des points abordés dans ce TP.
I Mise en œuvre des mesures
I 1 Brancher le premier multimètre par ses bornes
COM et V à la borne bleue et à une borne jaune
en façade de connection du banc d'essais.
Régler le commutateur du multimètre en voltmètre
sur la position V.
Relier les deux bornes jaunes de la façade de
connexion du banc entre elles par un cordon.
Mettez en place la pince ampèremétrique autour
de ce cordon.
Brancher le deuxième multimètre par sa borne
COM au cordon noir de la pince et sa borne V au
cordon rouge de la pince.
Régler le commutateur du multimètre en voltmètre
sur la position V. Mettez sous tension la pince
ampèremétrique. Le multimètre doit alors afficher
0 mV (ou une valeur très proche). Si ce n'est pas le
cas, agissez sur le potentiomètre « Zero ADJ » de
la pince.
Le multimètre donne alors une image de l'intensité
consommée par le moteur : 100 mV équivalent à 1
A. Par exemple, si le multimètre affiche 1,1 V,
cela correspond à une intensité de 11 A.
I 2 Mettre sous tension le banc d'essai de la voiture radiocommandée.
I 3 Allumer la radio commande. Faire un essai en actionnant la manette des gaz vers le haut. Les roues doivent tourner et les
multimètres donner des indications positives. Si ce n'est pas le cas :
• Pour le premier multimètre, inversez la polarité du multimètre.
• Pour le second (relié à la pince), changez le sens de passage du fil dans la pince.
NOM: ....
Notation / Observations:
Prénom: ....
Classe / Groupe: ....
Date: ....
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II Réalisation des mesures
II 1 Pour une quatre points de fonctionnement du véhicule répartis sur toute l’amplitude de variation de la manette des gaz en
marche arrière puis en marche avant, relevez :
• la tension moteur sur le voltmètre
• le courant absorbé sur l’ampèremètre
• la vitesse des roues sur le compte-tours.
Consignez vos résultats dans le tableau du document réponse 1.
Immobilisez les roues de la voiture RC à la main puis actionnez la manette des gaz en marche arrière jusqu'à atteindre une
intensité proche de 12 A. Relevez la tension d'alimentation du moteur et reportez-la dans le tableau du document réponse 1.
Recommencez la manipulation en marche avant.
II 2 Sachant que :
- Le moment du couple d’un moteur à courant continu et lié au courant qui le traverse par la relation ( cf. doc.
technique Modélisation du moteur à courant continu ) :
Γ=kI
avec :
k constante électromécanique du moteur exprimée en Newton mètre / ampère
Γ moment du couple du moteur exprimé en Newton mètre
I courant dans le moteur exprimé en ampère
Dans le cas du moteur électrique qui équipe notre modèle réduit, la constante électromécanique k = 0.005 Nm/A
- La vitesse de rotation du moteur Ω exprimée en radians / seconde est liée à la vitesse de rotation des roues V
exprimée en tour / minute par la relation ( cf. doc. technique Chaîne de transmission d’énergie du moteur à courant
continu ) :
Ω = 2,76 x V
Calculer pour chaque points mesurés au II 1 la vitesse de rotation du moteur en rad/s et le moment du couple moteur en N.m.
Consigner vos résultats de calculs dans la suite du tableau du document réponse 1.
III Caractéristiques mécaniques du moteur à courant continu
III 1 Placer les points calculés précédemment sur la caractéristique couple = f (vitesse) du document réponse 1.
III 2 La zone grisée représente les possibilités de fonctionnement du moteur. Vos points mesurés puis calculés doivent se situer
dans cette zone.
Les quadrants 2 et 4 n’accueillent aucun de vos points parce qu’ils représentent les quadrants de freinage du moteur ( cf. doc.
technique Variateur LRP Runner ).
Quel type de fonctionnement du moteur vos points situés sur le quadrant 3 illustrent-ils ? Répondre sur le document réponse 1.
III 3 Placer vos points tension et vitesse moteur (à l'exception de ceux réalisés roues bloquées) sur les axes du document
réponse 2. Tracer la caractéristique tension = f(vitesse moteur). Quelle est l'allure de cette courbe? Que peut-on dire de la
relation qui lie la vitesse du moteur à sa tension d’alimentation ?
IV Analyse des résultats.
En observant la caractéristique Couple / Vitesse du moteur (document réponse 1 et document technique Variateur ), répondre
aux questions suivantes sur le document réponse 2.
IV 1 Le moteur électrique peut il fournir un couple à vitesse nulle ou très faible, c'est-à-dire entraîner la voiture dès les
premières rotations du moteur et ce sans embrayage ?
Quelle est la valeur de ce moment du couple lorsque le moteur démarre (à calculer en fonction du courant de blocage) ?
Plus le couple est important, plus l'accélération de la voiture est importante. Quelle influence le couple de démarrage aura-t-il
sur l’accélération de la voiture au démarrage ?
IV 2 Le moteur électrique peut-il fonctionner dans les quadrants 2 et 4 définis sur la caractéristique Couple / Vitesse du moteur
électrique ?
Quel type de fonctionnement du moteur ces quadrants représentent-ils ?
Quel organe mécanique cette caractéristique du moteur à courant continu remplace-t-elle ?
IV 3 Comment le moteur électrique peut il inverser son sens de rotation ?
IV 4 Remplir le tableau de performances du moteur à courant continu en reprenant chaque point de fonctionnement vu aux
paragraphes III et IV de ce TP. (Document réponse 3).
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Document technique
Moto réducteur Graupner speed gear 600
Caractéristiques techniques :
Puissance : 120 w sous 8,4V
Tension nominale 8,4V
Tension maxi 14,4V
Courant nominal 11A
Courant à vide 1,5A
Courant de blocage 70A
Rendement maximum 0,77
Rapport du réducteur 1 / 2,8
Caractéristique couple / vitesse du moteur sans réducteur, alimenté par le variateur LRP Runner
Γ (m N m )
Q uadrant 2
350
Q uadrant 1
300
250
200
150
100
50
0
Ω (rd/s)
200
Q uadrant 3
600
1000
1400
1800
Q uadrant 4
Zones de fonctionnement du
moteur Graupner 600
Associé au variateur LR P 8305
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Document technique
Modélisation du moteur à courant continu
Relations électromécaniques
La tension et le courant d’un moteur à courant continu permettent de calculer la vitesse et le moment du couple de celui ci. Les
relations entre les différentes grandeurs sont les suivantes :
E ≡ k× Ω
Γ ≡ k× I
avec :
E force électromotrice du moteur exprimée en volt
Ω vitesse de rotation du moteur exprimée en radian / seconde
k constante électromécanique du moteur exprimée en Newton mètre / ampère
Γ moment du couple du moteur exprimé en Newton mètre
I Courant dans le moteur exprimé en ampère
Schéma équivalent du moteur à courant continu :
I
R
Moteur à courant continu alimenté par une tension U
parcouru par un courant I de résistance interne R et de
force électromotrice E.
On en déduit la relation : E = U – R.I
U
E
Moteur
Des relations précédentes on peut déduire :
Ω = ( U – R.I ) / k
on sait également que :
Γ=kI
K et R sont des constantes propres au moteur qui ont les valeurs suivantes pour le moteur Graupner 600:
K = 0.005 Nm/A
R = 0.12 Ohm
On pourra donc facilement calculer Ω et Γ pour tous les points U et I mesurés. On aura ainsi les caractéristiques mécaniques vitesse et
moment du couple à partir de mesures électriques sur le moteur.
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Document technique
Variateur LRP RUNNER
Caractéristiques techniques :
Tension nominale 8,4V
Courant nominal 20A
Courant maximum 40A
Courant de pointe 80A
Tension de commande 5V
Fréquence du hacheur 1250Hz
Hacheur 4 quadrants
Repérage de la connectique
Constitution et principe de fonctionnement du variateur LRP Runner
Le variateur LRP Runner est un hacheur à transistors 4 quadrants. Il permet à partir d’une source continue fixe d’obtenir une tension
dont la valeur moyenne positive ou négative est variable. Le courant dans ce hacheur peut aussi s’inverser.
Ces
caractéristiques
Γ (m Nm )
électriques
permettent
350
lorsque le hacheur est Quadrant 2 :
Quadrant 1 :
associé à un moteur à Vitesse négative (marche avant) 300
250 Vitesse positive (marche avant)
courant continu d’obtenir Puissance négative (le moteur
200 Puissance positive (le moteur
du
moteur
un freine le véhicule en marche
fonctionnement dans les arrière)
150 entraîne le véhicule)
4 quadrants de la L’énergie de freinage du moteur est
100
caractéristique couple = f renvoyée dans la source (batterie) 50
Ω (rd/s)
( vitesse ).
0
Quadrant 3 :
Vitesse négative (marche arrière)
Puissance positive (le moteur
entraîne le véhicule)
200
600
1000
1400
1800
Quadrant 4 :
Vitesse positive (marche avant)
Puissance négative (le moteur
freine le véhicule)
L’énergie de freinage du moteur est
renvoyée dans la source ( batterie)
Zones de fonctionnement du
moteur Graupner 600
Associé au variateur LR P 8305
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Document technique
Synoptique de la chaîne de transmission d’énergie du véhicule électrique
Tension continue fixe 8,4V
Organes électriques
Transm ission d’énergie électrique :
Organes mécaniques
Transm ission d’énergie m écanique :
Signaux de commande du récepteur
Tension continue variable 7,7V à –7,7V
Batterie 8,4V
ou
Alimentation
continue 8,4V
Variateur
LRP Runner
Ensemble
roue
pignon
Rapport
15/42
Différentiel
Rapport
11/37
Moto réducteur Speed Gear 600
Moteur à
courant
continu
Arbre de sortie du m oteur
(invisible)
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Axes des roues
Réducteur
Rapport 1/2,8
Arbre de sortie du
motoréducteur
Arbre de transmission
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