Les Moteurs

BOUGON Kévin
DALMONT Clément
PRATO Damien
DAUNOIS Julian
LE GUYADER Vincent
RECOUVREUR Julien
Etude d’un banc moteur
Etat de l’art
Introduction :
Avant d’utiliser le banc moteur à notre disposition, il est important de comprendre le
fonctionnement de cet appareil et de connaître son utilité. Ces informations que nous voulons concises
sont destinées aux non initiés (comme nous) qui débutons sur ce projet d’étude.
Un banc moteur peut être perçu comme une table d’expérimentation qui permet de caractériser
un moteur. Il est également destiné à l’amélioration des capacités du moteur. Cette étude s’effectue en
positionnant le moteur dans différentes phases de fonctionnement afin de déterminer la puissance et le
couple délivrés par le moteur dans ces différentes phases. Les contraintes peuvent être exercées de
plusieurs manières différentes sur le moteur, comme par exemple le banc moteur à frein ou celui à
inertie. Le premier consiste à freiner le moteur en marche et à relever la puissance et le couple. Quant
au deuxième, il est basé sur l’étude de l’accélération du moteur, via ce qu’on appelle un volant
d’inertie. Nous avons la chance d’avoir un banc moteur à frein à poudre, muni également d’un volant
d’inertie. Nous allons donc étudier tout cela en même temps.
Une chose importante à connaître est la manière dont nous allons procéder pour déterminer
toute information relative aux caractéristiques du moteur comme la vitesse de rotation. En fait, des
capteurs sont disposés en des points clef du banc moteur, et permettent de lire, à l’aide de systèmes
d’acquisition par ordinateur (utilisation du logiciel LabVIEW), les données relatives au moteur.
Afin de reprendre le projet en main, nous allons réaliser un état de l’art du matériel permettant
d’étudier notre banc moteur. Nous commencerons donc par présenter le principe général des différents
moteurs. Puis une étude sur le frein sera réalisée. Nous nous focaliserons ensuite sur les étages de
puissance ainsi que sur les capteurs de vitesse et de couple. Finalement, nous étudierons LabVIEW et
la carte d’acquisition indispensable pour connaître les particularités de notre moteur.
1
A. Les Moteurs :
Un moteur électrique est un dispositif électromécanique permettant la conversion d'énergie
électrique en travail mécanique. Différents types de moteurs existent se différenciant par leurs
domaines d’utilisation en terme de puissance et de vitesse, mais aussi par leur prix, leur
encombrement, la précision du pilotage, etc.
1) Moteur asynchrone triphasé :
a) Description du moteur :
Il est constitué principalement :


du stator, partie fixe qui contient le bobinage et qui est
relié au réseau triphasé ;
du rotor, partie mobile directement monté sur l’arbre du
moteur.
b) Principe de fonctionnement :
Le stator (partie fixe) est constitué de trois bobines à 120° l’une de l’autre qui sont alimentées
en courant triphasé.
2
La circulation du courant dans la bobine crée un champ magnétique au centre de celle-ci de
direction l’axe de la bobine et de sens suivant la règle de la main droite :
Comme les courants traversant les trois bobines sont en alternatif et sont déphasés de 2π/3,
chaque bobine produit sur son axe une induction d'amplitude :
B1 = Bm cos wt
B2 = Bm cos(wt-2pi /3)
B3 = Bm cos(wt+2pi /3)
où B1, B2 et B3 sont les amplitudes des champs magnétiques
aux centres des bobines et w est la fréquence du courant.
Après calcul, Brx=B1x+B2x+B3x = (3Bm/2) sin(wt), et Bry=B1y+B2y+B3y = (3Bm/2).cos(wt).
où Br est le champ résultant.
On voit donc qu’un champ tournant est généré et que sa vitesse est proportionnelle à la fréquence du
courant. La vitesse de ce champ tournant est appelée vitesse de synchronisme.
On a donc : Ωs = w/p
avec Ωs : vitesse du champ tournant (rad/s), ω : pulsation des courants d’alimentation (rad/s) et p :
nombre de paires de pôles du champ tournant (sur l’exemple étudié ci-dessus p=1, c’est pourquoi on
trouve que Ωs=w).
Le rotor est constitué de conducteurs en court-circuit. L'enroulement au rotor est donc soumis
à des variations de flux du champ magnétique précédent. Une force électromotrice induite apparaît (loi
3
de Faraday :
) qui crée des courants rotoriques. Ces courants sont responsables de
l'apparition d'un couple qui tend à mettre le rotor en mouvement afin de s'opposer à la variation de flux
(forces de Laplace
). Le rotor tourne donc dans le même sens que le champ statorique. Il
n’atteint jamais la vitesse du champ rotorique. En effet, si tel était le cas, il n’y aurait plus de variation
de flux dans l’enroulement du rotor et donc plus de force de Laplace. Le moteur ne serait donc plus
entrainé. C’est pourquoi ce moteur est qualifié d’asynchrone.
La vitesse de rotation de ce moteur est de : n = ns.(1- g) où ns= Ωs/(2.π) : vitesse de
synchronisme en tr/s et g est le glissement (différence de vitesse entre la vitesse de synchronisme et la
vitesse du rotor en % de la vitesse de synchronisme).
Les domaines de fonctionnement de la Machine asynchrone :
4
c) Caractéristiques :
Une charge oppose au moteur un couple résistant Cr. Pour que le moteur puisse entraîner cette
charge, le moteur doit fournir un couple utile Cu de telle sorte que Cu=Cr. Lorsque les courbes
représentant le couple de la charge et du moteur en fonction de la fréquence de rotation se croisent, on
a donc atteint le point de fonctionnement :
La puissance consommée par un moteur triphasé est P = UI cosφ. Il est à noter que lors du
démarrage le moteur demande une très grande intensité (4 à 8 fois le courant nominal de la machine).
Il ne faut donc pas rester longtemps dans cette zone et si possible démarrer sous tension réduite.
Le glissement est toujours faible, de l'ordre de quelques pour cent (environ 2 à 3 %). Il faut
toujours avoir un glissement le plus faible possible car les pertes par effet joule dans le rotor sont
proportionnelles à ce glissement.
Les avantages de ce type de moteur sont :




La machine asynchrone est simple à réaliser, robuste et peu onéreuse.
Son couple de démarrage est élevé.
Il est parfaitement adapté aux entraînements à vitesse fixe.
Il accepte des variations de vitesse dans des rapports 1 à 10.
Les inconvénients sont :



Il fonctionne de piètre qualité à basse vitesse.
On ne peut pas contrôler son couple en variation de vitesse classique.
Son inertie est plus élevée que celle du moteur synchrone.
Grâce à l’avènement de l’électronique de puissance et à l’amélioration des moyens de contrôle
et de pilotage, le champ d’application de ce type de moteur s’est élargi et il se substitue au courant
continu dans le domaine des moyennes puissances.
5
d) Utilisation :
C’est le type de moteur le plus utilisé dans l'industrie. Du fait de sa simplicité de construction,
d'utilisation et d'entretien, de sa robustesse et son faible prix de revient, le moteur asynchrone est
aujourd'hui très couramment utilisé comme moteur dans une gamme de puissance allant de quelques
centaines de watts à plusieurs milliers de kilowatts. Il ne possède pas d'organes délicats comme un
collecteur, son fonctionnement ne génère pas d'étincelles...
Ce moteur est le plus souvent utilisé dans les gammes de puissances de quelques kilowatts. Il
fonctionne directement sur le secteur alternatif, sans transformation préalable de l'énergie électrique
qui l'alimente.
La fréquence de synchronisme est toujours un sous-multiple entier de la fréquence du secteur,
donc un moteur asynchrone tourne, si le courant est en 50 Hz : à 3000 tr/min, 1500, 1000, 750, … On
choisit ce moteur lorsqu’on n'a pas d'exigence très marquée sur la constance de la vitesse et lorsqu'il
n'est pas nécessaire de faire varier celle-ci de manière continue.
2) Moteur à courant continu et moteur série :
a) Description du moteur :
Le moteur à courant continu et le moteur série sont constitués principalement :

d’un stator : aimants permanents (aimants ferrites et terres
rares) pour les petites puissances ou bobinage inducteur pour
les fortes puissances.

d’un rotor : bobinage induit

d’un collecteur et d’un
balai
Balai
Collecteur
6
b) Principe de fonctionnement :
Lorsqu’un courant circule dans le bobinage
inducteur, un champ magnétique apparaît de direction
nord-sud ; de même si le bobinage est remplacé par un
aimant permanent.
On considère une spire placé dans le champ
magnétique. Cette spire est capable de tourner sur son
axe de rotation. Elle a de plus chacune de ces extrémités
reliée à une moitié de collecteur différent.
Ce collecteur est en rotation en même temps que la spire, contrairement aux balais frottant
contre ce dernier qui sont fixes. La spire est parcourue par un courant continu via ces balais. D'après la
loi de Laplace (tout conducteur parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique est
soumis à une force), des forces égales et opposées sont soumises à la spire de chaque côté de l’axe de
rotation, ce qui crée un couple moteur à la spire. Elle se met donc en rotation.
Lorsque la spire dépasse la position verticale, on inverse le courant grâce aux balais : ceux-ci
frottent l’autre demi-moitié de collecteur (voir la figure), le + et le – sont alors inversés sur les
extrémités de la spire. Une fois le courant inversé, le sens des forces sur la spire sont inversées elles
aussi et cette spire peut continuer à tourner.
Si on ne changeait pas le sens du courant, la force resterait dirigée dans le même sens et une
fois la verticale passée la spire se retrouverait bloquée en position verticale sur un axe appelé
communément "ligne neutre". On voit donc tout l’intérêt du système collecteur-balais.
Dans la pratique, la spire est remplacée par un induit (rotor) de conception très complexe sur
lequel sont montés des enroulements (composés d'un grand nombre de spires).
7
Schéma équivalent :
On a au stator : Ue = Re . Ie (loi d'ohm) et le champ statorique : Bs = ke . Ie.
Au rotor : Ui = E + Ri.Ii.
De plus, une bobine en mouvement dans un champ magnétique voit apparaître à ses bornes une force
électromotrice donnée par la loi de Faraday :
.
Sur ce principe, l’induit de la machine à courant continu est le siège d’une f.é.m. E :
où Ω : vitesse de rotation du rotor en rad/s.
On sait aussi qu’un conducteur parcouru par un courant électrique et placé dans un champ magnétique
subit la force de Laplace
.
Sur ce principe le rotor de la machine possède un couple électromagnétique :
c) Types de montages :
Montage à excitation indépendante (montage du moteur à courant continu classique) :
Il n’y a aucun lien électrique entre l’induit et l’inducteur. Le plus fréquemment, Bs est constant
car il est créé par des aimants permanents ou bien encore parce que Ie est constant.
On a alors Cte . Bs = K.
On sait aussi que E= Ui - Ri.Ii
(Ri.Ii petit devant Ui).
A flux constant, on peut donc piloter la vitesse de rotation du moteur en faisant varier la tension aux
bornes de l’induit. De plus C = K.Ii.
A flux constant, on peut donc piloter le couple du moteur en faisant varier l’intensité circulant dans
l’induit.
Ce montage est donc pratique pour pouvoir piloter indépendamment le couple et la vitesse.
8
Dans la pratique, on peut faire varier la vitesse soit :


En augmentant la force contre-électromotrice E en augmentant la tension aux bornes de
l'induit tout en maintenant le flux de l'inducteur constant. On a alors un fonctionnement à
couple constant.
En diminuant le flux de l'inducteur (flux d'excitation) par une réduction du courant d'excitation
en maintenant la tension d'alimentation de l'induit constante. Ce type de fonctionnement
impose une réduction du couple lorsque la vitesse augmente.
De même que pour le moteur asynchrone, pour que le moteur puisse entraîner la charge Cr, le
moteur doit fournir un couple utile Cu de telle sorte que Cu=Cr.
Point de fonctionnement :
Les avantages de ce type de moteur sont :



pilotage du couple de façon précise.
accompagné d'un variateur de vitesse électronique, il possède une large plage de variation (1 à
100 % de la plage)
son indépendance par rapport à la fréquence du réseau fait de lui un moteur à large champ
d'application
Les inconvénients :


au niveau du collecteur : usure mécanique importante et donc maintenance coûteuse, parasites
de commutation, problèmes de commutation à vitesse élevée
pour les moteurs de forte puissance, on note des problèmes de refroidissement des
enroulements du rotor, impliquant un accroissement de l’encombrement du moteur pour des
applications exigeant un indice de protection élevée…
De part ses difficultés de réalisation et son coût d’entretient le moteur à courant continu tend à
disparaître dans le domaine des fortes puissances pour être remplacé par le moteur synchrone autopiloté (ou moteur auto-synchrone).
Ce moteur est le plus utilisé dans le domaine des très faibles puissances (jouets, perçeuse,
essuie-glaces). Sinon, ce moteur est utilisé lorsqu'on a besoin de réaliser un entraînement à vitesse très
largement variable. Le rendement d’une machine à courant continu varie entre 80 et 95%.
9
Montage série (montage du moteur série) :
Ce type de moteur est caractérisé par le fait que le stator est raccordé en série avec le rotor. Le
même courant traverse donc le rotor et le stator : I=Ie=Ii.
La tension d’alimentation U = Ui+Ue et le champ Bs=ke.I.
On a alors :



U = E + Ri.I + Re . I = E + (Ri + Re) . I
E = k . ke . I . Ω = K . I .
C = k . I . ke . I = K . I²
Pour un fort courant, le moteur tourne à faible vitesse. On peut ainsi en déduire que les
moteurs à excitation série peuvent développer un très fort couple à basse vitesse, celui-ci étant
proportionnel au carré du courant.
Ce type de machine présente toutefois, du fait de ses caractéristiques, un risque de survitesse
et d'emballement à vide. Il est souvent utilisé pour démarrer des automobiles. On peut aussi noter que
le moteur tourne dans le même sens quel que soit le sens du courant, on peut donc le brancher sur un
courant alternatif.
Ce sont les moteurs les plus utilisés dans la vie domestique. Ce sont des moteurs prévus pour
fonctionner en courant alternatif, mais ils fonctionnent aussi très bien en courant continu. Leur vitesse
chute très vite lorsqu'un couple important leur est demandé. Leur vitesse diminue très fortement avec
la charge. Leur usage est limité aux puissances inférieures à 500 W à cause de la fragilité accrue en
courant alternatif de l'ensemble collecteur-balais.
3) Le moteur synchrone :
a) Description du moteur :
Le moteur synchrone est constitué principalement :



d’un stator : identique à celui du moteur asynchrone, produisant un champ magnétique
tournant. . La vitesse de ce champ tournant est appelée vitesse de synchronisme.
d’un rotor : bobinages alimentés en courant continu. Il est alors assimilable à un aimant
permanent.
de contacts glissants assurant l’alimentation du rotor : bagues/balais.
10
b) Principe de fonctionnement :
Le rotor, alimenté en courant continu, crée un champ
magnétique rotorique qui suit le champ tournant statorique
avec un retard angulaire lié à la charge (plus la charge est
importante, plus le retard angulaire est grand). C’est le même
principe que la boussole.
Ce moteur est donc dit synchrone car le champ du rotor
ne peut tourner qu'à la même vitesse que le champ du stator. Le
rotor tourne donc à la même fréquence que le champ du stator.
On a le couple
stator et du rotor.
où B1 et B2 sont les champs du
On a alors :


Un couple nul si θ=0°
Un couple Cmax=K.B1.B2 si θ=90°
Si θ est plus grand que 90°, le moteur décroche car le rotor n’arrive plus à suivre le champ du
stator.
c) Caractéristiques :
Les avantages de ce type de moteur sont :



La machine synchrone est plus facile à réaliser et plus robuste que le moteur à courant continu.
Son rendement est proche de 99%.
On peut régler son facteur de puissance cos Φ en modifiant le courant d’excitation Ie.
Les inconvénients sont :
 Un moteur auxiliaire de démarrage est souvent nécessaire.
 Il faut une excitation, c’est-à-dire une deuxième source d’énergie.
 Si le couple résistant dépasse une certaine limite, le moteur décroche et s’arrête.
d) Utilisation :
Pour une structure de rotor à pôles saillants, les moteurs se situent dans une plage d’utilisation
pour la vitesse de 500 à 1800 tr/mn et pour la puissance de 500 à 12000 kW.
Pour une structure à pôles lisses, la vitesse peut aller jusqu’à 7000 tr/min et la puissance
jusqu’à quelques dizaines de MW.
11
Ils sont utilisés dans le domaine des grandes puissances
(supérieur à 100 kW). Pour fixer un ordre de grandeur, on peut avoir un
diamètre maxi du moteur de 1,8m pour un stator de 42 tonnes, un rotor de
17,5 tonnes et une longueur de 7m. Il est surtout adapté pour les
applications exigeant de forts couples à basse vitesse de rotation.
On le retrouve cependant dans les faibles puissances avec des aimants permanents (brushless).
En effet, ces moteurs tournent à une vitesse très régulière et ils sont donc parfait lorsqu'on veut
pouvoir contrôler la vitesse d'un moteur précisément.
B. Les étages de puissance :
1) Le hacheur :
a) Présentation des hacheurs :
Le hacheur ou convertisseur continu - continu est un dispositif de l'électronique de
puissance mettant en œuvre un ou plusieurs interrupteurs commandés et qui permet de modifier la
valeur de la tension d'une source de tension continue avec un rendement élevé. Le découpage se fait à
une fréquence très élevée ce qui a pour conséquence de créer une tension moyenne. C'est l'analogue,
pour les sources de tensions continues, du transformateur utilisé en régime alternatif. Le symbole
d’un hacheur est le suivant :
Si la tension délivrée en sortie est inférieure à la tension appliquée en entrée, le hacheur est dit
dévolteur (hacheur en série). Dans le cas contraire, il est dit survolteur (hacheur en paralléle). Il existe
des hacheurs capables de travailler des deux manières (Boost-Buck).
On définit le rapport cyclique par :
Certains hacheurs sont également réversibles : ils peuvent alors fournir de l'énergie à la
charge, généralement une machine à courant continu dans ce type d'application, ou bien en prélever ce
qui permet de freiner la machine.
12
Les hacheurs de puissance sont utilisés pour la variation de vitesse des moteurs à courant
continu. En plus faible puissance, ils sont un élément essentiel des alimentations à découpage. La
vitesse de rotation d'un moteur à courant continu à aimants permanents est alors directement
proportionnelle à la tension d'alimentation de l'induit.
b) Application au moteur :
Le hacheur série est souvent employé pour commander un moteur à courant continu. On
rappelle que la vitesse d’un tel moteur est proportionnelle à la tension d’alimentation.
Montage :
Commentaire : Pour un bon fonctionnement du moteur, il est préférable que le courant soit le plus
régulier possible, d’où la présence d’une bobine de lissage. Si son inductance est suffisamment grande,
on pourra considérer le courant comme constant (delta(i) » 0).
Loi des mailles : v = uM + uL
On passe aux valeurs moyennes : <v > = <u M> + <u L>
Et comme pour un signal périodique : <u L> = 0
Nous obtenons pour le moteur : uM = E = <v> = alpha * U
Finalement la f.é.m. du moteur et donc la vitesse peuvent être régler grâce au rapport cyclique par la
relation : E = alpha * U
On définit la vitesse maximum pour alpha = 1 : E = U = K' * nM
(on néglige les résistances de l’induit et de la bobine)
Pour une valeur de alpha quelconque : E = alpha * U = alpha * K' * nM et E = K' n
D’où la vitesse en fonction de alpha : n = alpha * nM
Dans tous ces résultats, nous avons négligé les résistances de l’induit et de la bobine.
13
Remarque : Le modèle électrique complet du moteur et de la bobine de lissage est représenté cidessous.
D’où : v = ub + uM = uL + ul + E + (RM + Rb).i
En passant aux valeurs moyennes : (<u L> et <u L> sont nuls)
v = E + R.i avec R = RM + Rb
c) Le gradateur :
a) Description d’un gradateur :
Un gradateur est un appareil de commande qui permet de contrôler la puissance absorbée par
un récepteur en régime alternatif
14
Un gradateur monophasé se comporte donc comme un interrupteur commandé, il établit ou
interrompt la liaison entre la source et la charge.
Il se compose d’une partie puissance et d’une partie commande intégrées dans le même bloc.


La partie puissance est constituée de deux thyristors montés « tête-bêche » pour les fortes
puissances (> 10 kW ) ou d’un triac pour les puissances inférieures.
La partie commande est constituée de divers circuits électroniques permettant d’élaborer les
signaux de commande des thyristors à partir d’un ordre de commande extérieur. Suivant les
types de gradateur, ce signal de commande sera de type Tout Ou Rien ou bien analogique.
La tension aux bornes de la charge évolue suivant la séquence de commande, ainsi on différenciera
deux types de gradateurs :


Gradateur à angle de phase ;
Gradateur à train d’ondes.
b) Gradateur à angle de phase :
Définition :
C’est un appareil qui, alimenté sous une tension sinusoïdale de valeur efficace constante,
fournit à la charge un courant alternatif non sinusoïdal de même fréquence que la tension
d’alimentation, mais de valeur efficace réglable. Donc :
Principe de fonctionnement :
Dans ce type de gradateur, le signal envoyé sur l’entrée de commande du gradateur est
analogique. Le thyristor Th1 est amorcé durant l’alternance positive avec un angle de retard a par
rapport au passage par zéro de la tension secteur. Le thyristor Th2 est amorcé durant l’alternance
négative avec le même angle de retard. On obtient alors aux bornes de la charge la tension suivante :
15
Principales relations :
- Valeur de la tension efficace aux bornes de la charge :
Avec Usource, la tension efficace fournie par la source
- Puissance moyenne dissipée dans la charge :
Avec R, la valeur de la résistance de charge
Domaine d’utilisation de ce genre de gradateur :
Cet appareil est utilisé dans les domaines suivants :




Chauffage ;
Eclairage ;
Variation de vitesse des moteurs alternatifs de faible puissance (perceuse, aspirateurs de
quelques centaines de Watts) ;
En règle générale, ils sont utilisés sur des systèmes ne présentant pas ou peu d’inertie
thermique ou mécanique.
16
Néanmoins, il présente certains inconvénients :


La tension aux bornes de la charge est alternative non sinusoïdale, donc le courant absorbé
sera aussi alternatif non sinusoïdal. La présence d’harmonique de courant absorbés sur le
réseau sera donc importante.
La relation entre la puissance moyenne dissipée dans la charge et le signal de commande a
n’est pas linéaire.
c) Gradateur à train d’ondes :
Définition :
C’est un appareil qui, alimenté sous une tension sinusoïdale de valeur efficace constante,
fournit à la charge des salves de tension de manière à faire varier la valeur efficace de la tension aux
bornes de la charge. Donc :
Principe de fonctionnement :
Dans ce type de gradateur, le signal envoyé sur l’entrée de commande du gradateur est de type
TOR. Le thyristor Th1 et le thyristor Th2 sont amorcés de manière continue pendant le temps Ton
(période de conduction) et ils sont ensuite bloqués jusqu’à la fin de la période de modulation. On
obtient alors aux bornes de la charge la tension suivante :
17
T : période de la tension source (secteur)
Ton : durée du train d’onde (salve)
Tc : période de modulation
Principales relations :
Valeur de la tension efficace aux bornes de la charge :
Avec Usource, la tension efficace fournie par la source et beta, le rapport cyclique
Puissance moyenne dissipée dans la charge :
Avec R, la valeur de la résistance de charge
Domaine d’utilisation de ce genre de gradateur :
Cet appareil est utilisé dans les domaines suivants :


Chauffage ;
Utilisés sur des systèmes présentant une inertie thermique importante.
Il a certains avantages :


La tension aux bornes de la charge est alternative sinusoïdale, donc le courant absorbé sera
aussi alternatif sinusoïdal. La présence d’harmonique de courant sera donc nulle.
On a une relation linéaire entre la puissance moyenne dans la charge et le signal de commande
beta.
d) Le variateur de vitesse :
Comme nous l’avons dit précédemment, l’intérêt du banc moteur est d’étudier les
caractéristiques de ce dernier que ce soit en phase d’accélération ou de freinage. Il est alors nécessaire
de faire varier au cours du temps la vitesse de rotation de notre moteur asynchrone. Pour cela, la mise
en place d’un variateur de vitesse se révèle obligatoire.
a) Principe de fonctionnement d’un variateur de vitesse :
La vitesse de rotation de notre moteur asynchrone dépend de la fréquence de rotation du
champ magnétique induit par la circulation d’un courant dans ses bobines (voir la partie se rapportant
au moteur asynchrone).
Le variateur de vitesse doit donc modifier la fréquence de la tension d’alimentation du moteur
qui entraînera une variation de la fréquence du champ magnétique et donc une accélération ou une
décélération. De plus, si le variateur de vitesse est branché sur un réseau monophasé (EDF 24018
230V,50Hz) ce qui est notre cas, il doit être capable de transformé ce courant en un courant triphasé
qui alimentera notre moteur. Pour cela, le variateur de vitesse est équipé d’un redresseur chargé de
convertir l’alimentation du réseau EDF en un courant continue et d’un onduleur qui crée une tension
alternative triphasée à la fréquence souhaitée.
Le variateur de vitesse est aussi équipé d’un circuit de commande qui est composé
principalement d’une carte de contrôle qui agit sur l’onduleur. La carte de contrôle est commandée par
un opérateur via le logiciel « LABVIEW » qui est l’interface informatique permettant de commander
notre moteur et donc de modifier sa vitesse de rotation par exemple. Il est important de noter que le
variateur de vitesse peut être commandé manuellement. Ainsi, grâce à ses boutons de commande, on
peut configurer directement une vitesse minimale, une vitesse maximale et deux vitesses
intermédiaires ainsi qu’un temps d’accélération et de décélération.
Le variateur de vitesse qui est à notre disposition est un ALTIVAR 011 TELEMECANIQUE
série ATV08HU18M2. Il peut se brancher sur un moteur dont la puissance n’excède pas 750W. Voici
ces principales fonctions intégrés :










démarrage et variation de vitesse ;
inversion du sens de marche ;
accélération, décélération, arrêt ;
protections moteur et variateur ;
commande 2 fils/3 fils ;
4 vitesses présélectionnées ;
sauvegarde de la configuration dans le variateur ;
injection courant continu à l'arrêt ;
commutation de rampe ;
reprise à la volée.
19
b) Câblage du variateur de vitesse :
Le câblage du variateur de vitesse se réalise comme ceci :
Les bornes vertes sont les sorties du variateur de vitesse que l’on branche soit en étoile ou en triangle
sur le moteur asynchrone. Les bornes jaunes du schéma de droite sont celles où l’on connecte notre
carte d’acquisition ou une alimentation stabilisé en +5V (ce qui correspond à la vitesse maximal du
variateur de vitesse). Enfin, les bornes bleus permettent de démarrer le moteur asynchrone en :




marche avant (LI1) ;
marche arrière (LI2) ;
vitesse programmé en SP2 (LI3) ;
vitesse programmé en SP3 (LI4).
20
C. Les freins :
1) Le frein à poudre :
Le frein à poudre est composé d’un stator (une bobine électromagnétique) et d’un rotor, fixé
sur l’arbre en rotation. Lorsqu’on alimente la bobine en courant continu, un champ magnétique d'une
intensité proportionnelle au courant est généré. Il traverse l'entrefer garni d’une poudre aux propriétés
magnétiques et mécaniques particulières. Les grains de poudre forment alors des chaînes orientées
entre le stator et le rotor. La rigidité de ces chaînes est directement proportionnelle à l’intensité du
courant alimentant la bobine. C'est cette rigidité qui freine l’arbre, et engendre ainsi un couple
résistant.
Les freins à poudre ont deux propriétés fondamentales :


Le couple est proportionnel au courant ;
Le couple reste constant quelle que soit la vitesse pour un courant donné.
Le schéma ci-dessous nous permet d'illustrer efficacement les propriétés du frein à poudre.
Même pour un réglage du freinage au minimum, le frein exerce un léger couple sur le moteur.
Un dégagement de chaleur se produit dans le frein, pour les modèles de faible puissance (moins d'1kW
en régime permanent). Le refroidissement est réalisé grâce à l'air ambiant. Pour les modèles plus
puissants, un refroidissement par eau est indispensable.
21
Le frein est installé comme ci-dessous sur le banc moteur :
MOTEUR D’ESSAIS
FREIN A POUDRE
Il s'agit d'un modèle suivant :
Leroy Somer TYPE FP10/15D (Prod. 1998)
Nmax = 3000 Tr.min-1
Tn = 10 Nm
Tmax = 25 Nm
Alim : 230 V, 0.35 A
Ce frein sert pour notre montage à simuler une contrainte au niveau du moteur. C'est ce qui
nous permettra par exemple de simuler une côte.
2) Le frein à courant de Foucault :
Résumé sur les courants de Foucault :
Les courants de Foucault sont des courants induits dans une masse conductrice lorsqu'elle est
en mouvement dans un champ magnétique constant ou lorsque le champ magnétique varie. Pour
résumer toute variation du champ magnétique dans le conducteur produit des courants de Foucault.
Lorsque c'est le conducteur qui est en mouvement, les courants de Foucault engendrent
l’apparition de forces de Laplace qui s’opposent au déplacement de l’objet, ce qui induit un effet de
freinage. Dans le second cas, le champs magnétique créé une force électromotrice à l’intérieur du
conducteur, cette force échauffe par effet Joule la masse conductrice et surtout de créé un champs
magnétique qui s’oppose à la variation du champs extérieur.
Le dispositif de freinage :
Un disque de cuivre tourne entre les pôles d'un électro-aimant :


Si l'électro-aimant n'est pas parcouru par un courant, le disque tourne librement.
Si l'électro-aimant est parcouru par un courant, le disque est freiné et s'échauffe.
22
Dans l’industrie, ce système est généralement appelé Telma ou ralentisseur. En effet, ce type
de frein est d'autant plus efficace que la vitesse de rotation du disque est élevée. Mais on ne peut
jamais arrêter totalement un système avec ce type de frein. Ce système est donc utilisé en complément
d'un frein « classique ».
Ce frein à pour principal avantage d’éviter les frottements, il nécessite donc moins de
maintenance, et offre plus de confort et de sécurité. Cependant le disque a tendance à s'échauffer
fortement, il faut donc le refroidir.
D. Les capteurs :
Les capteurs sont des composants de la chaîne d'acquisition dans une chaîne fonctionnelle.
Ils prélèvent une information sur le comportement de la partie opérative et la transforment en une
information exploitable par la partie commande. Une information est une grandeur abstraite qui
précise un événement particulier parmi un ensemble d'événements possibles. Pour pouvoir être
traitée, cette information est transportée par un support physique, on parle alors de signal. Les
signaux sont généralement de nature électrique ou pneumatique.
On peut caractériser les capteurs selon deux critères :


En fonction de la grandeur mesurée; on parle alors de capteur de position, de température,
de vitesse, de force, de pression, etc.;
En fonction du caractère de l'information délivrée; on parle alors de capteurs logiques
appelés aussi capteurs tout ou rien (TOR), de capteurs analogiques ou numériques.
On peut également classer les capteurs en deux catégories :


Les capteurs à contact nécessitant un contact direct avec l'objet à détecter
Les capteurs de proximité.
Les principales caractéristiques des capteurs sont les suivantes :





La grandeur physique observée
L'étendue de la mesure : c'est la différence entre le plus petit signal détecté et le plus grand
perceptible sans risque de destruction pour le capteur.
La sensibilité : c'est la plus petite variation d'une grandeur physique que peut détecter un
capteur.
La rapidité : c'est le temps de réaction d'un capteur entre la variation de la grandeur
physique qu'il mesure et l'instant où l'information est prise en compte par le capteur
La précision : c'est la capacité à détecter une information (position, une vitesse...) avec
finesse.
1) Les capteurs de vitesse :
a) Le capteur tachymètrique :
Les mesures de vitesse pratiquées dans l’industrie s’applique souvent pour des vitesses de
rotation, que ce soit celle d’un moteur ou celle de l’arbre d’une machine tournante. Le capteur de
23
vitesse tachymétrique peut être utilisé pour ces mesures. En effet, les capteurs tachymétriques ou
tachymètres sont des capteurs de vitesse angulaire, exprimée le plus souvent en nombre de tours par
minute.
Principe de fonctionnement :
Il s’agit en fait d’un capteur à induction électromagnétique. Tout d’abord il faut disposer une
spire de fils conducteurs sur l’axe de rotation de l’arbre dont on veut mesurer la vitesse de rotation. En
face de cette spire on dispose un aimant permanent qui va développer un champ électromagnétique. Le
fait de faire tourner l’axe dans le champ va faire s’alterner les spires, créant ainsi une tension de
période égale à la durée d’un tour de l’axe de rotation. Ainsi il est possible de déterminer la vitesse de
rotation de l’arbre à partir de la tension relevée.
Rotor :
Stator :
Caractéristiques d’une tachymétrie :
Une tachymétrie est définie par plusieurs éléments :





La vitesse maximale de rotation exprimée (en nombre de tours par minute) ;
La constante de F.E.M. (en volts à 1000 trs/mn ou en v/tr/mn) ;
La linéarité exprimée (en pourcentage) ;
L’ondulation crête à crête exprimée (en pourcentage) ;
Le courant maximal.
Il existe de nombreuses gammes de F.E.M : de quelques volts à plusieurs centaines de volts
pour 3000tr/min. De plus, les génératrices disponibles sur le marché sont relativement robustes aux
températures élevées, aux vibrations et aux champs magnétiques.
On trouve sur le marché deux types de génératrices tachymétriques : les génératrices à courant
continu et les génératrices synchrones.


La génératrice à courant continu: l’excitation est assurée par des aimants permanents donc la
caractéristique tension vitesse est linéaire. L a polarité de la tension permet de déterminer le
sens de rotation du moteur.
La génératrice synchrone : l’excitation est aussi assurée par des aimants permanents. La
tension de sortie doit être redressée et filtrée avant d’être exploitée : la caractéristique tensionvitesse n’est plus linéaire. De plus, on ne peut pas déterminer le sens de rotation du moteur.
24
Modèle utilisé :
Le capteur déjà présent sur le banc moteur est un capteur à aimant permanent, possédant des
balais en carbone, un arbre en acier trempé, des roulements lubrifiés à vie et un dispositif interne de
suppression des interférences électromagnétiques. Il est en général utilisé pour les applications de
faible coût qui exigent des moteurs efficaces, comme le déplacement ou le pompage. Son prix est
d’une douzaine d’euro environ, et ses caractéristiques sont les suivantes :




Tension nominale : 24 Vcc ;
Vitesse à vide : 3500 tr/min ;
Courant à vide : 150 mA ;
Couple de maintien : 10 Ncm.
Il faut également savoir que la tension délivrée en sortie peut aller jusqu’à 20 volts et que pour
un bon fonctionnement, il convient de ne pas dépasser les 2000 tr/min.
Avantages et inconvénients :
Les avantages de cet appareil sont les suivants :



La diversité des composants disponibles : en effet la gamme des capteurs tachymétriques
disponibles sur le marché est étendue, de nombreux couples de fonctionnement vitesse-tension
peuvent exister (ex : 5V - 2000 tours/min).
La possibilité de pouvoir servir de système d’asservissement, lorsque les puissances en jeu le
permettent.
Des calculs de vitesse aisés.
Malheureusement, il présente aussi quelques inconvénients :



Leur prix : bien que peu chers, les capteurs présentés ci-après sont nettement moins chers.
La tension obtenue en sortie est ondulée. Il est souvent nécessaire d’ajouter à l’installation un
filtre passe-bas.
Les balais sont faits en graphite, il sont donc soumis à l’usure. Aussi la commutation du
courant produit un micro-arc électrique entre les lamelles du collecteur, ce qui empêche
l’utilisation d’un tel système en présence de gaz explosifs.
b) Le capteur magnétique (effet Hall) :
Principe général :
L'effet Hall classique a été découvert en 1879 par Edwin Herbert Hall : un courant électrique
traversant un matériau baignant dans un champ magnétique engendre une tension perpendiculaire à
ceux-ci. Donc le principe d’un capteur à effet Hall est de répondre à une excitation générée par un
champ magnétique.
Si un courant I traverse un barreau en matériau conducteur ou semi-conducteur, et si un
champ magnétique d'induction B est appliqué perpendiculairement au sens de passage du courant alors
une tension V, proportionnelle au champ magnétique et au courant I, apparaît sur les faces latérales du
barreau.
25
On sait qu'un champ magnétique agit sur les charges en mouvement. Le courant qui traverse le
matériau conducteur est produit par des charges, les électrons libres qui se déplacent avec une vitesse
que l'on notera v. Ces électrons sont donc soumis à une force F = -e * v ^ B. (Force de Lorentz), où -e
correspond à la charge d'un électron. Il en découle un déplacement d'électrons et une concentration de
charges négatives sur l'un des côtés du matériau ainsi qu'un déficit de charges négatives du côté
opposé. Cette distribution de charge donne naissance à la tension Hall VH. On a une relation de la
forme : VH = KH * B * I. (KH étant la constante de Hall, dépendant du matériau utilisé).
La Constante de Hall KH étant inversement proportionnelle à la densité des porteurs, la
tension de Hall est beaucoup plus importante dans les semi-conducteurs que dans les métaux.
Utilisation de l’effet Hall :
Un capteur à effet Hall donne un signal lorsqu'il détecte un champ magnétique ou une pièce
métallique. La tension de Hall est amplifiée dans le capteur. L’effet Hall étant très facile à mettre en
évidence, sa mesure est utilisée dans les cas ci-dessous :





Identification du type p ou n d’un semi-conducteur ;
Mesure de la concentration en porteurs d’un semi-conducteur ;
Détermination de la température en utilisant le fait que le nombre de porteurs et la mobilité
d’un semi-conducteur évoluent avec celle-ci ;
Mesure des inductions magnétiques : gaussmètres, magnétomètres ;
Mesure sans contact de courants forts ;
26


Détection des câbles électriques cachés dans un mur ;
Capteur de position, de niveau, de déplacement.
Un des avantages du capteur magnétique est sa résistance importante à l’usure. En effet, son
fonctionnement s’effectue sans frottements. Plus généralement, c’est la robustesse de ce type de
capteur qui lui permet de se démarquer des autres systèmes, car il est fait de pièces fixes, qui ont donc
peu de chances de casser. De même, le prix de ce type de capteur est inférieur à 10€, donc abordable.
Cependant, il est à noter que le signal récolté en sortie est faible (saturation à 700mV en sortie pour un
modèle basique).
Application aux capteurs de vitesse :
Dans le domaine des capteurs de vitesse, il existe deux types de capteurs utilisant cet effet
Hall:

Capteur à aimants : dans cette configuration, la partie rotative du moteur est équipée d’aimants
répartis uniformément sur sa périphérie, et à une même distance radiale. Le capteur est fixe et
lorsqu’un aimant passe devant celui-ci, le champ magnétique est détecté par le capteur, qui
mesure la tension VH créée et la renvoie. Le signal obtenu est du type "carré" : un pic
correspond au passage d’un aimant. Il devient alors facile de mesurer la vitesse du moteur
connaissant le nombre d’aimants et leur distance radiale. La résolution de la mesure dépend du
nombre d’aimants. Il faut ainsi amplifier le signal reçu car il est très faible (de l’ordre de
quelques mV). Le prix d’un capteur comme celui-ci coûte 5 € et les aimants 4 € pièce.

Capteur à fourche : ce capteur utilise une roue métallique dentée qui est fixée sur la périphérie
de la roue du moteur. Le capteur intègre une bobine, qui crée un champ magnétique ainsi
qu’un récepteur. Quand rien ne passe entre les deux, le récepteur capte le champ magnétique
engendré par la bobine, et renvoie un signal. Mais lorsqu’une cible métallique est placée entre
les deux, le champ magnétique est dévié dans la roue métallique. Donc récepteur ne mesure
plus rien. On obtient alors un signal qui comporte des pics quand aucun obstacle ne perturbe le
champ magnétique. Pour calculer la vitesse de rotation du moteur, il suffit de connaître le
rayon de la roue dentée, le nombre de dents, et la distance entre deux dents successives. De
même, l’amplitude du signal de sortie est très faible. Ce capteur coûte 25€ auquel il faut
ajouter le prix de la roue dentée.
27
c) Le capteur optique :
Description du capteur :
Le capteur optique utilisé pour mesurer la vitesse de rotation du moteur est composé de deux
éléments :


Une LED émettant dans le domaine des Infrarouges (la longueur d’onde est comprise entre
900 et 950 nm).
Une cellule phototransistor de type NPN en silicone.
Ces deux éléments sont enfermés côte à côte dans un boîtier thermoplastique noir. Les axes optiques
de la diode et du phototransistor sont réglés de façon à ce qu’ils puissent converger.
Principe de fonctionnement :
Le phototransistor est un transistor bipolaire (émetteur-base-collecteur de type NPN) dont
l’une des bases, dite flottante (elle n’est pas connectée), est accessible aux rayonnements lumineux.
Lorsque cette base n’est pas éclairée, le phototransistor est traversé par un courant de fuite ICE0. Au
contraire, lorsque le phototransistor est éclairé, les photons sont absorbés par la base flottante,
permettant alors la libération des électrons enfermés dans le matériau qui entraîne une conductivité
électrique de ce dernier. Le transistor est alors traversé par un photocourant IPH. Le courant collecté
par le phototransistor s’écrit alors IC=IPH + ICEO.
La diode émet une radiation dans les Infrarouges. Lorsqu’un objet réfléchissant passe devant
le système, cette radiation est réfléchie et captée par le phototransistor qui délivre donc un signal
électrique. Le phototransistor est par ailleurs muni d’un filtre de transmission infrarouge permettant
d’éviter les perturbations dues à la lumière visible et protégeant par la même occasion le dispositif
contre l’accumulation de parasites amenés par l’air.
Application aux capteurs de vitesses :
Pour appliquer ce principe à la mesure de vitesse angulaire, il faut installer un disque noir sur
l’arbre moteur, et disposer 4 bandes blanches de ruban adhésif sur le disque, réparties de façons à
diviser le disque en 4 parties égales de la manière suivante :
28
Le rôle de ces bandes blanches est de renvoyer de façon périodique les rayonnements
infrarouges de la diode, vers le phototransistor, lorsque l’arbre moteur est en rotation. Le capteur doit
être placé à une certaine du disque. Cette distance doit être déterminée expérimentalement en fonction
des caractéristiques optiques propre au modèle de capteur optique utilisé. Elle correspond en fait à la
distance de convergence des axes optiques de la diode et du phototransistor, qui est généralement
égale à moins de 2 centimètres du disque.
Par conséquent, 4 impulsions successives observées à l’oscilloscope correspondent au temps
mis par le vilebrequin pour effectuer un tour complet. C’est donc une mesure de fréquence qui permet
de retrouver la vitesse de rotation de l’arbre.
Un tel dispositif présente des avantages et des inconvénients. Tout d’abord, le prix d’un
capteur optique est son principal avantage, il ne dépasse pas la dizaine d’euros. Néanmoins, le
problème du capteur optique est la difficulté d’obtenir des mesures précises car plus la vitesse de
rotation est élevée, plus les impulsions électriques générées sont brèves et donc difficiles à capter,
d’où l’utilité de mettre des bandes réfléchissantes plus larges.
2) Les capteurs de couple :
Tout d’abord, il est opportun de rappeler la définition d’un couple. Le couple en un point O est
défini comme le produit vectoriel d’une force F par un vecteur OA de module r. Cette distance r est
celle qui sépare le point de calcul du couple, O, du point d’application de la force F. Le couple est noté
C et est donné en N.m.
Dans le cadre du banc moteur, la mesure du couple va intervenir directement dans le calcul de
la puissance reçue par l’arbre du moteur, d’après la formule suivante : P=C * w
Avec :
 P la puissance en watt ;
 C le couple en Nm ;
 w la vitesse de rotation en radians par seconde.
29
Nous allons maintenant décrire les différents types de capteurs de couple existants.
a) Les couplemètres statiques :
Le principe utilisé dans ce couplemètre est le même que dans les clés dynamométriques. Ainsi,
si l’on connaît le point d’application de la force et sa distance r au point de rotation, il suffit de
mesurer le module de la force pour connaître le couple.
La déformation de la partie fixe du frein à disque permet donc de connaître la valeur du couple
fourni par la partie tournante lorsque cette partie fixe est instrumentée à l’aide de résistances de
déformation (c’est-à-dire que la résistance varie avec leur déformation) : on parle alors de jauge
d'extensométrie. Ces dispositifs retournent un signal électrique qui est fonction de l'allongement
relatif de l'objet sur lequel ils sont collés.
Ce capteur est surtout utilisé pour calibrer les capteurs de référence dans des machines
d’essai.
b) Les capteurs de couple dynamiques :
La mesure du couple d’une machine tournante en régime de fonctionnement a longtemps été
pratiquée à l’aide des dynamos balance ou dynamos frein, aujourd’hui délaissées car peu précises.
Lorsque le rotor de la dynamo est entrainé par l’arbre de transmission, la dynamo débite un
courant I ; le flux magnétique induit agit alors sur des brins d’excitation alimentés séparément et
placés au niveau du stator. Ces brins sont donc soumis à des forces qui tentent de les mettre en rotation
dans le même sens que le rotor. Afin de s’opposer à cette rotation, on déplace sur une règle solidaire
du stator une masse marquée M, afin de créer un couple mécanique résistant mesurable.
Lorsque la règle sera à l’horizontale, le couple résistant Mg * d sera égal au couple
d’entraînement, à quelques erreurs près dues à des approximations. On néglige en effet un certain
nombre de pertes, mécaniques (ventilation, frottements) et électromagnétiques (hystérésis et courants
de Foucault).
30
Il existe aussi un capteur de couple par calcul d’angle : dans ce cas, la torsion se traduit par la
déformation de l’axe à ses extrémités. Néanmoins, ce type de capteur semble assez peu utilisé en
industrie car il est peu présent dans les catalogues des fournisseurs.
D’autres techniques de mesures dynamiques plus précises existent ; elles font intervenir des
jauges d’extensométrie solidaires de l’axe de transmission. Les variations de la résistance de ces
jauges étant très faibles, celles-ci vont être disposées de manière à constituer un montage électrique en
pont de Wheatstone classique.
Les liaisons électriques sont assurées entre la partie fixe et la partie tournante par un ensemble
de collecteurs tournants et de balais. Un ensemble de cinq bagues et cinq balais est nécessaire, pour
alimenter le pont de jauges (résistances R1 à R4) et mesurer la tension due aux déformations, ainsi que
pour fournir un potentiel de référence au circuit imprimé. Outre les quatre résistances du pont, deux
résistances (R5 et R6) sont destinées à la compensation de température, deux résistances (R7 et R8)
permettent de régler la sensibilité du pont, et la résistance R9 sert de balance de sensibilité. La tension
d’alimentation du pont de jauges est appliquée entre les broches 33 et 36, la tension de mesure étant
récupérée entre les broches 37 et 38. En outre, afin de respecter les normes de compatibilité
électromagnétique, la continuité de masse est assurée par le cinquième ensemble bague-balai de la
broche 39.
31
Il est à noter qu’il existe des couplemètres sans contact, bien plus performants que ceux
évoqués ci-dessus. En effet, les balais et collecteurs tournants assurant la transmission des mesures
sont soumis à l’usure, et en cas de vitesses importantes la qualité du contact peut se détériorer en
raison des échauffements, des vibrations ou des accélérations importantes induites. Ces couplemètres
sont néanmoins plus onéreux du fait de l’électronique complexe mise en œuvre.
Toujours dans le cadre des couplemètres à jauges d’extensométrie, la méthode qui permet
d’alimenter en énergie la partie tournante sans contact avec celle-ci -donc sans balais- consiste à
utiliser le couplage électromagnétique. Celui-ci utilise le même principe qu’un transformateur : une
bobine est fixe et l’autre est solidaire de l’arbre de transmission. Lorsque la bobine fixe est traversée
par un courant alternatif, elle induit un courant dans la bobine placée sur l’arbre ; ce qui permet
l’alimentation des résistances de déformation.
En ce qui concerne la transmission des données, celle-ci peut être assurée par induction, par
transmission radio ou encore par couplage optique. Le fonctionnement de cette transmission optique
est le suivant : le signal renvoie la fréquence mesurée au stator par l’intermédiaire d’un couplage
optoélectronique (diode électroluminescente et phototransistor) : cad que le signal électrique est
converti en signal lumineux, puis est retransformé en une tension proportionnelle, qui est traitée pour
limiter le bruit, et enfin amplifiée.
32
E. Comment visualiser les informations liées au moteur ?
1) Présentation du logiciel LabVIEW :
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) est un logiciel de
développement d'applications d'instrumentation. LabVIEW est particulièrement destiné à l'acquisition
de données et au traitement du signal. Donc, il nous sera très précieux pour visualiser les
caractéristiques du moteur. Ce logiciel offre de larges possibilités de communication entre l'ordinateur
et le monde physique (par cartes d'acquisitions analogiques ou numériques, cartes GPIB, réseau,
liaisons série et parallèles, etc.) ainsi que d'importantes bibliothèques mathématiques permettant de
traiter les signaux mesurés.
L'idée de LabVIEW est de remplacer les instruments de mesures et d'analyse d'un laboratoire
par un ordinateur muni de cartes spécifiques et d'un logiciel approprié, au même titre qu'un ordinateur
muni d'une carte son et d'un logiciel de musique peut remplacer n'importe quel instrument de musique.
Dans le cadre de la mesure, les cartes permettent de convertir des signaux électriques (provenant de
capteurs mesurant des grandeurs physiques) en données numériques. Ainsi, un seul ordinateur muni
d'une carte d'acquisition analogique et de LabVIEW est capable de remplacer un voltmètre, un
fréquencemètre ou un oscilloscope. De plus, on pourra traiter, analyser et archiver sur disque
automatiquement les mesures effectuées.
2) La carte d’acquisition :
Pour pouvoir se servir de LabVIEW, il faut pouvoir récolter les données et les transférer vers
l’ordinateur. C’est le rôle de la carte d’acquisition. La carte installée sur l’ordinateur est une PCI6035E de chez National Instrument, comme représentée ci-dessous :
Carte PCI-6035 E.
Cette carte d’acquisition permet 16 entrées dites « Analog Input Multifonction DAQ », 8
entrées différentielles dites « Digitals I/O Lines », et 2 sorties appelées « 12-bits Analog Output ».
Cette carte qui communique avec la carte mère de l’ordinateur nous permet donc de brancher un
bornier CB-68LP de chez National Instrument aussi. Cet outil possède 68 connexions comme sur
l’image ci-dessous.
33
Bornier CB-68LP.
C’est donc là-dessus que sont branchés les fils des signaux des capteurs et que sont branchés
les sorties des commandes de vitesse et de couple. La désignation des 68 connexions possibles est
regroupée dans le tableau suivant.
Connexions du bornier CB-68LP.
Les Connexions du bornier utilisées sont décrites ci-après. La commande de vitesse est
branchée sur la sortie analogique numéro 0 pour le signal (AO 0), c’est le numéro 22. Et sa masse est
branchée Analogique Output GND (AO GND) numéro 55. La commande de couple est branchée sur
l’Analogique Output 1 (AO 1) numéro 21 et la masse en A0 GND numéro 54. Le capteur de vitesse
34
nous envoie un signal dont nous lisons la fréquence. Nous le branchons alors sur une entrée numérique
qui permet le comptage de la fréquence : Le PFI9/CTR 0 GATE, qui est la borne numéro 3. Et le
capteur de couple est branché en Analogique Input (AI0 et AI8).
Conclusion :
Ayant étudié de près l’ensemble des appareils nous permettant d’utiliser correctement le banc
moteur, nous pouvons entrer pleinement dans le cœur de notre projet.
Dans un premier temps, notre objectif sera de manipuler l’ensemble des éléments liés au banc
moteur et de régler les capteurs à notre disposition. Nous envisagerons alors le remplacement ou non
de certains composants. Un autre travail important consistera à utiliser convenablement le logiciel
LabVIEW pour collecter au mieux les informations du moteur présent. Enfin, le souhait de notre
équipe sera la modélisation d’une véritable piste de circuit grâce aux contraintes exercées sur le
moteur.
35