SM57 – Final P08
Calculatrice autorisée.
Documents non autorisés excepté une feuille A4 manuscrite recto verso.
A. Questions de cours et TP
1. QCM sur les moteurs. / 5
Recopier sur votre copie le numéro de la question ainsi que la (ou les) réponses correctes.
Plusieurs réponses correctes sont donc possibles. +1 point par réponse correcte, -0.5 point par
réponse fausse.
1.1 Un moteur d'entraînement :
a) Permet de donner un mouvement rotatif à une pièce ?
b) Permet de donner un mouvement linéaire à une pièce ?
c) Est uniquement utilisé pour tester un système en développement ?
1.2 Indiquer la(ou les) citation(s) correcte(s) :
a) Moteur à courant continu pas à pas.
b) Moteur à courant continu à excitation shunt (parallèle).
c) Moteur à courant continu à cage d'écureuil
1.3 L'inducteur d'un moteur à courant continu peut-être :
a) Alimenté en courant alternatif ?
b) Constitué par des aimants permanents ?
c) Alimenté en série avec l'induit ?
1.4 Un moteur asynchrone peut être alimenté par :
a) Un réseau à courant continu ?
b) Un réseau alternatif triphasé ?
c) Un réseau alternatif monophasé ?
1.5 Un moteur asynchrone à cage est composé (entre autres) :
a) D'un ensemble collecteur / balais ?
b) D'un rotor et d'un stator ?
c) D'un entrefer ?
1.6 Un moteur universel :
a) Peut être utilisé dans n'importe quelle application ?
b) Peut être une machine asynchrone ?
c) Peut être alimenté par un réseau continu ou alternatif ?
1.7 Le moteur à réluctance :
a) nécessite obligatoirement des aimants pour fonctionner ?
b) est constitué d’un rotor massif ?
c) ne nécessite pas de collecteur pour fonctionner ?
1.8 Dans un moteur asynchrone triphasé :
a) Il y a un déphasage entre les phases du réseau d'alimentation.
b) La vitesse de rotation du rotor est supérieure à celle du champ tournant.
c) Il y a présence d'un glissement.
1.9 Dans les moteurs à courant continu :
a) Le couple électromagnétique est proportionnel au carré du courant d'induit.
b) Le couple électromagnétique est proportionnel au courant d'induit.
c) Le couple croît avec la vitesse.
1.10 Pour réaliser un asservissement (vitesse ou position) d'une MCC, on peut utiliser
a) Une génératrice tachymétrique.
b) Un codeur incrémental.
c) Un synchro-résolver.
2. Moteurs et convertisseurs /5
2.1 Donner un exemple de convertisseur de commande (onduleur, hacheur, etc)
pour faire varier la vitesse des moteurs suivants :
a. Moteur universel alimenté par une source alternative.
b. Moteur à courant continu alimenté par une source continue.
c. Moteur synchrone triphasé autopiloté.
2.2 Citer, pour les trois types de régulation suivant, un capteur qui pourrait être
utilisé. Expliquer brièvement le principe de fonctionnement du capteur utilisé :
a. Régulation de position.
b. Régulation de vitesse.
c. Régulation de couple.
2.3 Donner le principe de fonctionnement d'un moteur piézoélectrique.
2.4 Quels sont les avantages et inconvénients d'un réducteur à engrenage ?
3. Les piles et batteries /5
3.1 Qu’est-ce qu’un électrolyte ?
3.2 Expliquer brièvement le principe de fonctionnement d'un accumulateur au
plomb.
3.3 Citer les 4 types d'accumulateurs utilisés le plus couramment aujourd'hui. Les
classer par ordre croissant en fonction de leur énergie spécifique.
4. Questions de TP /5
4.1 Combien de nœuds CAN étaient utilisés sur la maquette ?
4.2 Quelle est la solution la plus judicieuse pour synchroniser le fonctionnement des
clignotants entre les nœuds ? Justifiez vos propos.
4.3 Les microcontrôleurs utilisés disposaient-ils d’un module CAN intégré ou
déporté ?
4.4 Quelle était la méthode utilisée pour télécharger le programme dans le
microcontrôleur ?
B. Exercice
On propose d’étudier le fonctionnement d’un véhicule électrique de type Berlingo de
Citroën.
M4E002P
Fig. 1 Vue en écorché d’un Berlingo électrique.
Ces caractéristiques principales sont les suivantes :
Pneumatiques : Michelin 165/70R14 (diamètre de roue de 58,6 cm)
Vitesse maximale estimée : 95 km/h environ.
Autonomie : 90 km en moyenne selon le type de trajet et d'utilisation.
Masse : 1466 Kg.
Caractéristiques du moteur :
LEROY-SOMER SA 18 : courant continu et excitation séparée
Puissance nominale : 15 KW de 1650 à 6500 tr/mn
Puissance maximale : 28 KW de 1650 à 6500 tr/mn
Couple maxi : 18 daN.m de 0 à 1600 tr/mn
Régime maxi : 6700 tr/mn
Tension nominale d'induit : 162 V
Tension d'excitation maximale : 120 V
Courant d'excitation maximal : 11 A
Courant d'induit nominal : 110 A en régime permanent @ 11 KW
Courant d'induit maximal : 200 A en régime "5 mn" @ 20 KW
Réducteur entre le moteur et les roues. Rapport de réduction : 1/7,18
Caractéristiques des batteries :
Type : Batterie au Nickel-Cadmium (NiCd) STM 5 100 MRE
Modèle : 6 V - 100 Ah
Nombre d'éléments par batterie : 5 et Tension d'un élément : 1,2 V
Durée de vie : 100 000 km
Nombre de batteries en série : 27
1. Étude du moteur /5
1.1 D’après la vue écorchée de la machine à courant continu ci-dessous, indiquer sur
votre copie le nom de l’élément correspondant à chaque numéro.
3
4
5
6
1
2
7
Fig. 2 Vue en écorché d’une MCC.
1.2 Faites de même sur la vue en coupe du moteur du Berlingo ci-dessous en
donnant le nom de l’élément correspondant à chaque lettre.
M4E083D
4
2
1
5
3
6
Réducteur
Moteur
A
C
B
D
Moteur
E
Fig. 3 Vue en coupe et 3D du moteur électrique du Berlingo.
Pour une machine à courant continu à excitation séparée nous avons les équations suivantes :
U = E + r.I , E = N.n.φ et P = C.Ω
avec :
U : tension d’alimentation de la machine
E = f.e.m en volts
N = nombre de spires
n = vitesse de rotation en tr/s
φ = flux sous un pôle en webers
r = résistance de l'induit en ohms
I = intensité consommée par l'induit en
Ampères
C : couple de la machine en N.m
P : puissance utile en Watt
Ω : vitesse de rotation en rad/s
1.3 A partir d’un fonctionnement en régime permanent, montrer que si on diminue
le courant d’excitation, la vitesse de la machine augmente. Quelle est la vitesse
maximale théorique atteignable du moteur seul si on diminue le courant
d’excitation à zéro ?
On prendra maintenant comme hypothèse les paramètres du moteur du Berlingo électrique.
On a vu que le contrôle de la vitesse de rotation du moteur peut se faire par variation du
courant d'excitation, ou de la tension d'alimentation d'induit. Le fonctionnement est le
suivant.
Le moteur n'est alimenté que par sollicitation du conducteur sur la pédale
d'accélérateur.
Dès que le conducteur agit sur la pédale d'accélérateur, l'inducteur est alimenté par
un courant constant de valeur fixe ; l'induit, quant à lui, est alimenté par un courant
constant dont la valeur dépend de la position de la pédale d'accélérateur (U induit
variable f (I)) et ce, de 0 à 1600 tr/mn.
A partir de cette vitesse de rotation nominale, l'induit est ensuite alimenté sous la
tension nominale de la batterie de traction. Par contre, c'est le courant d'excitation qui
est modulé en fonction d'un courant d'induit souhaité toujours en fonction de la
position pédale d'accélérateur.
1.4 Quelle est la vitesse maximale du véhicule ? Justifiez par calcul en prenant en
compte la vitesse maximale du moteur.
1.5 En prenant en considération le fonctionnement du moteur (défluxage) décrit
précédemment, compléter le document réponse en traçant approximativement
les allures du couple moteur, de la tension d’induit, de la tension d’inducteur, du
M4E023D
courant d’induit et du courant inducteur dans le cas d’un fonctionnement à
puissance maximale sur toute la page de vitesse. Indiquer aussi les échelles.
2. Étude du Variateur /5
Le variateur a pour rôle de moduler le courant d'excitation et le courant d'induit, aussi bien
en traction qu'en décélération, et de piloter la marche arrière.
DF
T
DT
F
I
R
A
T
F
+
-
+
-
i
Inverseur de
marche arrière
Discontacteur
Diodes de
roue libre
Discontacteur
Générateur de
test d'isolement
Shunts de mesure
du courant d'induit
Moteur CC
Excitation indépendante
Batterie traction
Sécurité fusible
PS4125D
Hacheur puissance traction
Freinage électrique
Hacheur excitation
Inverseur M. AV/AR
Mesure courant
K
Fig. 4 Variateur de puissance
2.1 Quel est le nom du convertisseur de puissance constitué par les éléments T, F, DF
et DT ? Expliquez son principe. Est-il réversible en courant ? Est-il réversible en
tension ? Justifiez vos propos.
2.2 Quel est l’élément qui permet de faire varier le courant d’excitation ?
2.3 En étudiant le schéma, indiquez comment le véhicule fait pour aller en marche
arrière ? On rappelle qu’il n’y a pas de boîte de vitesse.
2.4 En marche arrière le calculateur bloque le défluxage. Quelle est la vitesse
maximale du véhicule en marche arrière?
3. Étude des capteurs /7
3.1 On peut constater sur le schéma précédent que la mesure du courant d’induit se
fait à l’aide d’un shunt. Expliquez sont principe.
3.2 Capteur de course pédale d'accélérateur. Il permet au calculateur de connaître la
position de la pédale. Il s'agit d'une résistance variable P dont le curseur est
commandé par la pédale.
PS4082D
C
A
L
C
U
L
A
T
E
U
R
54
18
36
4
1
N3
N2
N1
Ve
Vs
+ 5v
- 0v
S
3V NR
55V NR
Fig. 5 Accélérateur
R3
R2
R1
P
A
B
P = 10kΩ
R1 = 4 kΩ
R2 = 4 kΩ
R3 = 2 kΩ
R4 = 100 kΩ
Impédance d’entrée
du calculateur infinie
R4
C
6
1
/
6
100%
