I) MATERIEL : LVH 16-17 TP de Physique, série 1

LVH 16-17
TP de Physique, série 1
TP2 : ASSERVISSEMENT DE VITESSE D’UN MOTEUR A COURANT CONTINU
PSI
Maquette Didalab
I) MATERIEL :
 Alimentation, hacheur.
 Ensemble électromécanique comprenant sur le même arbre : 2 machines à courant continu identiques (à
inducteur séparé) plus une petite machine (qu’on notera GST) pour mesurer la vitesse de rotation.
- La GST est une petite machine synchrone à aimants permanents,
délivrant une tension alternative de fréquence et d’amplitude de tension
proportionnelles à . Grâce à un détecteur de crête, on peut obtenir une
R1
C1
tension continue proportionnelle à la vitesse de rotation : VDétec = 
VDétec
GST
(ici :  = 0,0241V.s.rad-1 ).
R1 = 100kΩ et C1 = 8 µF.
- L’une des 2 machines à courant continu sera utilisée en moteur.
- L’autre ne sera pas toujours connectée et le moteur sera alors dit « à vide » puisqu’il n’aura pas de charge
mécanique. Lorsqu’elle sera utilisée, elle fonctionnera en génératrice et sera connectée à une résistance dans
laquelle elle dissipera de l’énergie. Le moteur sera alors dit « en charge ».
Remarque générale : Sur le boîtier du hacheur, figure sur fond bleu en haut à gauche un cadre intitulé
« commande ». Dans ce cadre on trouve :
- un potentiomètre pour le réglage du rapport cyclique,
- un potentiomètre pour le réglage de la fréquence de hachage,
- un comparateur et des fiches « banane ».
En reliant a à d et b à c (fils croisés !!), le réglage du rapport cyclique  du hacheur s’effectue à
l’aide du potentiomètre.
Pour un contrôle électrique de  à l’aide d’une tension externe, il faut appliquer une tension continue
comprise entre 0 et 10V entre la borne d et la borne noire « 0V », et laisser b relié à c.
Utilisation du moteur et de la génératrice :
Ce sont des machines à excitation séparée, donc il faut alimenter l’inducteur avec une tension continue
Uem = 24 V.
Attention : ne jamais couper cette excitation pendant que le moteur tourne, sinon il s’emballe !!!
II) REGULATION DE VITESSE :
1°) Fonction de transfert de l’ensemble moteur + hacheur :
La tension moyenne appliquée au moteur à la sortie du hacheur est donnée par Um =  Vc où Vc est la tension de
commande externe du
Boîtier Hacheur Didalab
hacheur comprise entre 0
et 10 V, appliquée entre
A (rouge)
la borne verte d (dans le
cadre bleu) et la borne
C (jaune)
noire 0V en haut à
génératrice
gauche.
24V
24V
R'
On a  = 2,4 .
On note R la résistance
24V
interne du moteur et de la
moteurL
G (bleu)
génératrice, et R’ la
résistance sur laquelle est
E (bleu)
branchée la génératrice
noir
(voir schéma plus loin).
Chaque machine a un moment d’inertie J/2, et une constante interne 0.
On admet que l’équation mécanique et les 2 équations électriques du problème conduisent à l’équation différentielle :
d   0 Vc
JR(R  R' )
avec   2
.
 

dt 
JR
0 (2R  R' )
Ainsi, en notation de Laplace, la fonction de transfert en boucle ouverte du moteur s’écrit :
H1 ( p ) 
( p )
K1
 ( R  R ')
avec K1 
.

Vc ( p) 1   p
0 (2 R  R ')
En réalité, puisque l’information vitesse n’est disponible qu’à travers la machine synchrone associée au détecteur de
crête, il est plus intéressant de définir directement la fonction de transfert H 2 ( p ) 
VDétec ( p )
K2
avec

Vc ( p )
1 p
K2 = K1 .
2°) Montage :







-15
Eteindre tous les
0
appareils
puis
+15
compléter
le
montage
en
réalisant le circuit
ci-dessus
(partie
24V
puissance).
La résistance R’ est
un
rhéostat
de
puissance de 10.
Elle ne sera pas
moteur
toujours connectée
à la génératrice.
Relier e à f1 et e à
f 2.
Relier le générateur
de rampe à c (donc
b à c).
R2
A l’aide d’une maquette à ALI, réaliser le montage ci-contre
R
1
(partie commande)
On prendra pour commencer R1 = 1k et R2 = 2k.
V Détec
Ne pas oublier d’alimenter l’ALI en +15, -15 et 0.
+
Vc est la tension de commande du hacheur : la sortie de l’ALI
Vc
R1
R2
est donc à connecter sur la borne verte d du comparateur du
V ref
boîtier du hacheur.
Prendre pour Vref un géné BF en mode continu dont la borne de
masse sera reliée à la masse du circuit à ALI. Placer un voltmètre numérique aux bornes de ce GBF pour contrôler
la consigne de vitesse Vref.
Montrer que le schéma bloc du système se ramène à celui ci R2
+
contre (R2/R1 est un « correcteur proportionnel ») :
V Détec
Vref
H2(p)
R
Etablir l’expression de la fonction de transfert en boucle
1
fermée H 3 ( p) 
VDétec ( p)
Vref ( p)
3°) Etude du fonctionnement :
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Laisser le moteur à vide (R’ débranchée).
Alimenter le boîtier du hacheur en +15, -15 et 0.
Alimenter les inducteurs des 2 machines à courant continu en 24V (une alim. Peut suffire pour les deux à
condition que le bouton « 5A » soit enfoncé).
Après avoir ramené le potentiomètre de l’alim. sur 0, allumer celle-ci. Enfoncer le bouton « 5A ». Faire croître sa
tension jusqu’à 24 V.
Partir de Vref = 0 puis l’amener jusqu’à 9 V.
Mesurer VDétec puis connecter R’ (=environ 5) et mesurer l’erreur statique  en régime permanent.
Recommencer (sans, puis avec R’) pour R2 = 4,7 k et conclure.
On revient à R2 = 2 k. Prendre pour Vref une tension en créneau variant entre 7V et 9V, avec une période de 2
secondes. A l’aide de l’oscilloscope numérique ou d’un ordinateur, enregistrer à la fois V ref et VDétec et mesurer le
temps de réponse à 95% du système bouclé.
Recommencer pour R2 = 4,7 k. Conclure (en s’appuyant sur l’étude théorique).