CRET MOTEUR A COURANT CONTINU et HACHEUR SERIE TP N° 28 On se propose d'étudier le fonctionnement d'un moteur à courant continu à excitation indépendante et constante alimenté par un hacheur série à transistor MOS de puissance.(figure1) is ic LS iD U= C Hacheur H DRL uc M Figure 1 : Ls inductance de lissage éventuelle. G IdM 1-PREPARATION On désigne par τ la constante de temps électrique L/R (R, L : résistance et inductance de la boucle d'induit) , par T la période de fonctionnement du hacheur et par α le rapport cyclique. Le moteur pourra être modélisé par un dipôle actif E, R, L. (sa réaction magnétique d’induit est négligeable) E est sa fcem . A excitation constante, on peut poser E = Kn avec K = constante de Fcem et n, fréquence de rotation en tr/mn. 1-1-Fonctionnement en conduction continue. Pour un rapport cyclique α= 0.75 et une fréquence fixe 1/T = f = 100 Hz : - Tracer, en concordance des temps, les graphes de uc(t), ic(t), is(t), id(t). - Donner l'allure de Uc = f(Ic) ,Uc, Ic étant les valeurs moyennes de uc et ic. - Dans le cas où τ >>T, montrer que l'ondulation ∆I= Imax - Imin du courant vaut ∆I=Uα(1-α)/f.L Vérifier qu’elle est maximale pour α = 0,5. Etablir qu’à la limite de la conduction continue Ic = ∆I/2. 1 CRET MOTEUR A COURANT CONTINU et HACHEUR SERIE TP N° 28 Dans le cas où τ est de l’ordre de T, la résistance R doit être prise en compte dans les équations de fonctionnement du moteur. On peut montrer que l’ondulation du courant vaut : ∆I= Imax - Imin = U [1-exp(-αT/τ) + exp(-T/τ) - exp(α-1)T/τ] R [1 - exp(-T/τ)] Vérifier qu’elle est maximale pour α = 0,5. 1-2-Fonctionnement en conduction discontinue. Pour un rapport cyclique faible et/ou à faible charge, le courant ic est interrompu périodiquement. Tracer, en concordance des temps, les graphes de uc(t), ic(t), is(t), id(t); Dans le cas où τ>>T , montrer que la relation Ic = f(Uc) qui permet de fixer la limite entre la conduction discontinue est l'équation d'une parabole. 1-3-Réseau de caractéristiques du moteur. Exprimer , en fonction de α, U, R, K, Ic, la fréquence de rotation n et le moment du couple électromagnétique Te du moteur. Ce dernier peut se mettre sous la forme: Te = K'.Ic Ecrire la relation liant les deux constantes K’ et K. Montrer qu’à partir du réseau de caractéristiques Uc = f(Ic) tracé pour différentes valeurs de α, on peut déduire le réseau de caractéristiques mécaniques Te = f( n)? 2-ETUDE EXPERIMENTALE. Moteur utilisé: moteur CC1 U= 180V; I= 1A; Charge : Dynamo 180V ; 1A ; L’excitation des deux machines est maintenue constante. La Fréquence de rotation est donnée par un alternateur tachymétrique monté en bout d’arbre ( cste : 0.016V/(tr/mn) ) La tension a l’entrée du hacheur issue d’un pont redresseur et filtrée par un condensateur polarisé (attention au branchement !) devra être maintenue à une valeur constante U = 160V pendant toute la manipulation. La fréquence f = 1/T de fonctionnement du hacheur est constante et égale à 100Hz. 2 CRET MOTEUR A COURANT CONTINU et HACHEUR SERIE TP N° 28 Mesurer la résistance R et l’inductance L de l’induit Calculer la constante électrique τ et la comparer à la période T. 2-2-Fonctionnement à f = 100 Hz . • Régler α = 0.50 à l’oscilloscope.(points tests prévus sur la maquette).Situer, en faisant varier la charge, la limite de conduction continue. Relever l’ondulation ∆I du courant ic(t) et calculer le facteur de forme . Mesurer les valeurs moyennes Uc, Ic et la vitesse n. Relever uc(t), ic(t) à l’oscilloscope, pour un fonctionnement : -en conduction discontinue. -en conduction continue. • Pour α = 0.25, 0.75, 1: Situer la limite de conduction continue. Mesurer Uc , Ic, n, ∆I. Tracer les réseaux de caractéristiques Uc = f(Ic), n = f(Ic) . 2-2-Exploitation . • • En utilisant les résultats du 1-3 et les relevés: Calculer les constantes K et K’. Prédéterminer pour α = 0.25, 0.50, 0.75, 1 : - Le réseau n = f(Ic).Comparer avec le réseau relevé. - Le réseau Te = f(n) . - Les valeurs de Ic à la limite de la conduction continue. Comparer avec les valeurs relevées. - Les valeurs de l’ondulation ∆I en conduction continue. Comparer avec les valeurs relevées. Pour α = 0.50, et pour différentes charges, calculer le rendement du moteur, du hacheur et de l'association hacheur-moteur. 3
