Étude du moteur asynchrone triphasé - Sn-Bretagne

TP N° 10 : Le Moteur à courant
continu
DÉROULEMENT DE LA SÉANCE
TITRE
ACTIVITÉS PROF
ACTIVITÉS ÉLÈVES
MOYEN
DURÉE
-
Fin du T.P. { 4 heures}
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Tableau de comité de lecture
Date de lecture
11 janvier 2004
Lecteurs
CROCHET David
Observation
Première écriture et réaménagements mineurs
Remarques rédacteur
Date modifications
11 janvier 2004
Quote of my life :
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Professeur de Génie électrique
Lycée Jean GUEHENNO
 Un dossier élève (pages 4 à -)
Rue pierre Huet
 Un dossier prof (pages - à - )
61105 FLERS
 Un dossier ressource (page - à -)
(Adresse valable jusqu'au 30/06/2004)
 Un transparent (page - )
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TP N° 10
Le moteur à courant continu
Niveau : Tale BEP ELEC
Lieu : Salle de mesure
Durée : 4 heures
Organisation : groupe ½ classe, travail par binôme
LIAISON AU RÉFÉRENTIEL

PRÉ-REQUIS
Les élèves doivent être capables :
OBJECTIFS
Les élèves devront être capables de :
NIVEAU D'APPRENTISSAGE
-
Apprendre à (savoir intégré)
Apprendre à (savoir actif)
MÉTHODE
-
Active
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EXPERIMENTATION SCIENTIFIQUE
B.E.P. ELEC
MESURES ET ESSAIS
DOSSIER PÉDAGOGIQUE
TP N° 10
Le moteur à
courant continu
Objectif :
- Étudier le fonctionnement d'un moteur a courant continu
- Effectuer des mesures électriques de puissance
-
Matériel :
- 1 Moteur à courant continu
- 1 centrale de mesure électrique
- 1 centrale de mesures mécaniques
Documents :
- Formulaire
- Cours de techno-schéma
- Cours de mesures et essais
Secteur : Salle de mesure et d'essais
Durée : 4 heures
Nom, Prénom :
Classe, Groupe :
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TP 10 - Étude du moteur à courant continu
1. But
Le moteur a courant continu sera étudié sur plusieurs T.P.. Nous allons voir les
caractéristiques du moteur a courant continu et de son comportement en fonction
de sa charge.
2. Partie Théorique : Transformateur monophasé
Un transformateur monophasé est
supposé parfait. Il comporte 1600 spires
au primaire et 920 spires au secondaire.
Z Le secondaire aliment un dipôle inductif
de résistance R = 39,8  et d'impédance
Z = 53  sous une tension secondaire
U2 = 230 V.
2.1. Calculer la tension au primaire.
2.2. L'intensité au secondaire
2.3. L'intensité au primaire
2.4. La puissance apparente du transformateur
2.5. Le facteur de puissance de la charge secondaire. Comparer ce résultat avec
R
Z
2.6. La puissance active absobée par la charge
3. Partie théorique : Transistor bipolaire et diode Zéner
IC
IZ
RC
VZ
IB
VCE
U1
R1
U2
VBE
I1
Sur un montage de transistor NPN et diode Zéner permettant l'alimentation d'une
bobine d'un relais au-delà d'un certain seuil de tension de la source U1.
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On relève les grandeurs suivantes :
- VBE = 0,6 V
- VZ = 5,4 V
- U2 = 24 V
-
 = 100
IZ = 3 mA
I1 = 2,2 mA
R1 = 273 
3.1. Calculer la tension de la source U1.
3.2. Calculer le courant de base IB.
3.3. Calculer l'intensité IC du courant circulant dans le relais
3.4. Calculer la résistance de la bobine du relais RC (on prendra VCE  0 V)
4. Partie théorique : Moteur à courant continu
I
Un moteur à courant continu à excitation séparée :
Ie
U
Ue
- Inducteur : Ie = 0,8 A ; Ue = 190 V
- Induit : I = 12,5 A ; U = 260 V
M
Résistance d'induit : r = 0,2 
Vitesse de l'arbre : 1500 min-1
Pertes constantes : PC = 200 W
4.1. Calculer la force contre-électromotrice de l'induit
4.2. La puissance absorbée
4.3. La puissance électromagnétique
4.4. La puissance utile
4.5. Le rendement du moteur
4.6. Le couple utile sur l'arbre du moteur
5. Partie pratique : Moteur a courant continu, Pu = f (I), Pa = f(I)
5.1. Proposer la méthode de mise en œuvre pour effecteur les mesures demandées
(schéma et mode opératoire). Les appareils de mesure étant les modules
MODMECA et MODELEC
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5.2. Pa étant la puissance absorbée totale par le moteur à courant continu, il
comporte la partie absorbée par l'induit (avec l'alimentation variable et
l'indication voltmètre et ampèremètre de MODELEC). Par contre, pour la
partie inducteur, nous ne connaissons que le courant (Ie) absorbée avec
l'ampèremètre. proposer une solution qui permet de mesurer la puissance
absorbée par l'inducteur
5.3. Préparer un tableau de mesures afin de pouvoir effecteur les courbes
demandées (10-11 points de mesures), le courant variant de I0 (courant à vide)
à
5
In.
4
5.4. Effectuer les mesures
5.5. Tracer les courbes [Pa et Pu sur un seul et même graphique] et commenter-les.
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EXPÉRIMENTATION SCIENTIFIQUE
B.E.P. ELEC
MESURES ET ESSAIS
DOSSIER PROFESSEUR
TP N° 10
Le moteur à
courant continu
Objectif :
- Étudier le fonctionnement d'un moteur a courant continu
- Effectuer des mesures électriques de puissance
-
Matériel :
- 1 Moteur à courant continu
- 1 centrale de mesure électrique
- 1 centrale de mesures mécaniques
Documents :
- Formulaire
- Cours de techno-schéma
- Cours de mesures et essais
Secteur : Salle de mesure et d'essais
Durée : 4 heures
Nom, Prénom :
Classe, Groupe :
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TP 10 - Étude du moteur à courant continu
1. But
Le moteur a courant continu sera étudié sur plusieurs T.P.. Nous allons voir les
caractéristiques du moteur a courant continu et de son comportement en fonction
de sa charge.
2. Partie Théorique : Transformateur monophasé
Un transformateur monophasé est
supposé parfait. Il comporte 1600 spires
au primaire et 920 spires au secondaire.
Z Le secondaire aliment un dipôle inductif
de résistance R = 39,8  et d'impédance
Z = 53  sous une tension secondaire
U2 = 230 V.
2.1. Calculer la tension au primaire.
230  1600
U2 N2
U N

 U1 = 2 1 =
=400
920
U1 N1
N2
U1 = 400 V
2.2. L'intensité au secondaire
I2 =
U 2 230
=
=4,34
Z
53
I2 = 4,34 A
2.3. L'intensité au primaire
920  4,34
I1 N 2
N I

 I1 = 2 2 =
= 2,50
1600
I 2 N1
N1
I1 = 2,50 A
2.4. La puissance apparente du transformateur
S = U1 I1 = 400  2,50 = 998
S = 998 VA
2.5. Le facteur de puissance de la charge secondaire. Comparer ce résultat avec
R
Z
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cos  =
P R.I 22 39,8  4,342
=
=
= 0,751
S
S
998
cos  = 0,751
R 39,8
=
=0,751
53
Z
R
Donc = cos 
Z
2.6. La puissance active absobée par la charge
P = S cos  = 998  0,751= 749
P = 749 W
3. Partie théorique : Transistor bipolaire et diode Zéner
IC
IZ
RC
VZ
IB
VCE
U1
R1
U2
VBE
I1
Sur un montage de transistor NPN et diode Zéner permettant l'alimentation d'une
bobine d'un relais au-delà d'un certain seuil de tension de la source U1.
On relève les grandeurs suivantes :
- VBE = 0,6 V
-  = 100
- VZ = 5,4 V
- IZ = 3 mA
- U2 = 24 V
- I1 = 2,2 mA
- R1 = 273 
3.1. Calculer la tension de la source U1.
U1 = VZ + VBE = 5,4 + 0,6 = 6
U1 = 6 V
3.2. Calculer le courant de base IB.
IZ = IB + I1  IB = IZ – I1 = 3.10-3 – 2,2.10-3 = 0,8.10-3
IB = 0,8 mA
3.3. Calculer l'intensité IC du courant circulant dans le relais
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IC =  IB = 100  0,8.10-3 = 80.10-3
IC = 80 mA
3.4. Calculer la résistance de la bobine du relais RC (on prendra VCE  0 V)
RC =
24
U 2  VCE
=
=300
80.10 -3
IC
RC = 300 
4. Partie théorique : Moteur à courant continu
I
Un moteur à courant continu à excitation séparée :
Ie
U
- Inducteur : Ie = 0,8 A ; Ue = 190 V
- Induit : I = 12,5 A ; U = 260 V
M
Ue
Résistance d'induit : r = 0,2 
Vitesse de l'arbre : 1500 min-1
Pertes constantes : PC = 200 W
4.1. Calculer la force contre-électromotrice de l'induit
E = U – rI = 260 – 0,212,5 = 257,5
E = 257,5 V
4.2. La puissance absorbée
Pa = UI + Ue.Ie = 26012,5 + 1900,8 = 3250 + 152 = 3,40.103
Pa = 3,4 kW
4.3. La puissance électromagnétique
Pem = EI = 257,512,5 = 3,22.103
Pem = 3,22 kW
4.4. La puissance utile
Pu = Pem – Pc = 3,22.103 – 200 = 3,02.103
Pu = 3,02 kW
4.5. Le rendement du moteur
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=
Pu 3,02.103
=
=0,888
Pa
3,4.103
 = 88,8 %
4.6. Le couple utile sur l'arbre du moteur
Pu = C   C =
Pu Pu 3,02.103
= =
=19,2
 πn π 1500
30
30
C = 19,2 Nm
5. Partie pratique : Moteur a courant continu, Pu = f (I), Pa = f(I)
5.1. Proposer la méthode de mise en œuvre pour effecteur les mesures demandées
(schéma et mode opératoire). Les appareils de mesure étant les modules
MODMECA et MODELEC
5.2. Pa étant la puissance absorbée totale par le moteur à courant continu, il
comporte la partie absorbée par l'induit (avec l'alimentation variable et
l'indication voltmètre et ampèremètre de MODELEC). Par contre, pour la
partie inducteur, nous ne connaissons que le courant (Ie) absorbée avec
l'ampèremètre. proposer une solution qui permet de mesurer la puissance
absorbée par l'inducteur
5.3. Préparer un tableau de mesures afin de pouvoir effecteur les courbes
demandées (15-16 points de mesures), le courant variant de I0 (courant à vide)
à
5
In.
4
5.4. Effectuer les mesures
5.5. Tracer les courbes [Pa et Pu sur un seul et même graphique] et commenter-les.
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