TD : Déterminer le rendement d`un moteur électrique à courant

Capacité(s) exigible(s) : Déterminer expérimentalement le rendement d'un moteur électrique.
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TD : Déterminer le rendement d’un moteur électrique à courant continu en fonction de la vitesse de rotation et de la charge.
Du fait de la variété des parcours, les moteurs à courant continu qui équipent certains véhicules ne fonctionnent pas toujours dans
leurs conditions nominales, c’est-à-dire les conditions pour lesquelles le rendement du moteur est maximum.
Comment évolue le rendement d’un moteur à courant continu quand ses conditions de fonctionnement changent ?
1. Questions préliminaires
Sur la maquette utilisée pour ce T.P. et schématisée page suivante, un moteur à courant continu entraîne une génératrice de courant
continu. Le courant produit par la génératrice est débité dans un rhéostat qui joue le rôle de charge variable.
Chaîne énergétique simplifiée de l’ensemble moteur-génératrice
En s’appuyant sur les informations fournies ci-dessus et sur le schéma ci-après, répondre aux questions suivantes :
1.1. Sous quelle forme est fournie la puissance Pa absorbée par le moteur ?
1.2. Donner l’expression de Pa en fonction de Ue et Ie.
1.3. Sous quelle forme est fournie la puissance Pu à la sortie de la génératrice ?
1.4. Donner l’expression de Pu en fonction de Us et Is.
1.5. Exprimer le rendement total de l’installation tot en fonction de Pu et Pa puis en fonction du rendement du moteur et de la
génératrice (m et g).
1.6. La génératrice et le moteur étant identiques, on considère que m = g. En déduire l’expression de m en fonction de tot.
2. Montage expérimental
Moteur
Génératrice
Pertes
Pertes
Pa
Pu

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3. Mesures
On mesure Ue, Ie, Us et Is pour différentes charges en faisant varier la résistance grâce au rhéostat, tout en maintenant une
vitesse de rotation constante.
On Refait les mêmes manipulations et les mêmes relevés pour des fréquences de rotation de 75 tr.s-1 et 90 tr.s-1.
Fréquence de rotation n = 60 tr.s-1.
Valeurs calculées
Mesure
Ue (V)
Ie (A)
Us (V)
Is (A)
Pa (W)
Pu (W)
tot
m
C (N.m)
1
5,200
0,400
2,610
0,070
2
5,500
0,450
2,470
0,110
3
5,700
0,490
2,120
0,160
4
6,000
0,570
1,950
0,220
5
6,200
0,620
1,700
0,280
6
6,400
0,660
1,540
0,320
Fréquence de rotation n = 75 tr.s-1.
Valeurs calculées
Mesure
Ue (V)
Ie (A)
Us (V)
Is (A)
Pa (W)
Pu (W)
tot
m
C (N.m)
1
6,400
0,420
3,300
0,090
2
6,600
0,450
3,300
0,110
3
6,600
0,490
2,900
0,150
4
7,100
0,580
2,800
0,230
5
7,400
0,660
2,500
0,310
6
7,600
0,720
2,250
0,360
7
7,900
0,790
1,950
0,430
Fréquence de rotation n = 90 tr.s-1.
Valeurs calculées
Mesure
Ue (V)
Ie (A)
Us (V)
Is (A)
Pa (W)
Pu (W)
tot
m
C (N.m)
1
6,800
0,460
4,050
0,100
2
7,100
0,490
3,950
0,140
3
7,400
0,550
3,800
0,190
4
7,700
0,670
3,250
0,310
5
8,000
0,760
2,730
0,400
6
8,700
0,900
2,150
0,530
3.1. Compléter les parties « valeurs calculées » des trois tableaux en utilisant les formules trouvées lors du travail préliminaire.
Dans cette partie, C représente le couple moteur et se calcule avec la relation :
𝐶 = 𝑃
𝑢
2𝜋𝑛
Avec C en N.m, Pu en W et n en tr.s-1.
3.2. Pour chacune des trois séries de mesures, placer les points de coordonnées (C, m) dans un repère puis relier les 5 points
(utiliser des couleurs différentes pour différencier les courbes).
4. Exploitation
4.1. Quel est le rendement maximal du moteur ? Repérer-le sur le graphique par la lettre M.
4.2. Relever sur le graphique les conditions qui permettent d’obtenir ce rendement maximal.
4.3. En déduire les conditions nominales de fonctionnement de ce moteur.
4.4. Tracer la caractéristique couple-vitesse (caractéristique mécanique) de ce moteur (on considère comme point de
fonctionnement nominal le point pour lequel le rendement est maximal).
4.5. En déduire la vitesse de rotation du moteur à vide.
4.6. En utilisant cette caractéristique, déterminer le point de fonctionnement pour une charge de résistance constante
Cr = 1.10-3 N.m.