Résultats du TP MCC

Résultats du TP MCC
1) Etude à vide
U
I(mA)
E=U-RI
F
n(tr/min)
0
0
0
0
0
2
10
1,76
287
239,17
3
11,98
2,71
444,76
370,63
4
13,1
3,68
601
500,83
5
14,5
4,64
760
633,33
6
15,7
5,62
920
766,67
7
17
6,58
1068
890
8
18,06
7,56
1232
1026,67
9
19,2
8,53
1386
1155
10
20,2
9,51
1546
1288,33
11
20,9
10,49
1707
1422,5
12
21,6
11,47
1864
1553,33
13
22,9
12,44
2025
1687,5
14
23,6
13,42
2180
1816,67
15
24,3
14,4
2340
1950
16
25
15,39
2493
2077,5
17
25,6
16,37
2658
2215
18
26,3
17,36
2814
2345
19
26,6
18,35
2980
2483,33
20
27
19,34
3150
2625
21
27,1
20,34
3293
2744,17
22
27
21,34
3481
2900,83
23
26,8
22,34
3643
3035,83
24
26,5
23,35
3803
3169,17
27
26,3
26,36
4293
3577,5
n=f(U)
4000
3500
On remarque que la vitesse est pratiquement
proportionnelle à la tension d'alimentation
du moteur.
Pour augmenter la vitesse du moteur, il
faut augmenter la tension d'alimentation
de ce dernier.
n(tr/min)
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
5
10
15
20
25
U(V)
1
30
U(V) et E(V)
E=f(n) et U=f(n)
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
E=U-RI
U
Régression linéaire, E=U-RI
Régression linéaire, U
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
n(tr/min)
Cette seconde courbe montre la f.c.e.m. E=U-RI est pratiquement égale à U puisqu'à vide, le courant I
reste faible. E est proportionnel à la vitesse de rotation du moteur puisqu'on obtient une droite passant
par l'origine.
La force contre-électromotrice (f.c.e.m.) E du moteur à courant continu (MCC) est égale à la force
électromotrice (f.e.m.) qu'il délivrerait si on le faisait tourner à la même vitesse en l'utilisant en
génératrice (GCC).
Nous avons pu observer que plus la génératrice tourne vite, plus l'ampoule branchée à ses bornes brille
fort. C'est normal, car la f.e.m. E est proportionnelle à la vitesse de la génératrice et le voltage augmente
avec la vitesse.
I en mA = f(n en tr/min)
30
25
I en mA
20
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
n(tr/min)
On remarque sur cette courbe que le courant I n'est pas du tout proportionnel à la vitesse. En effet, dans le
cas du moteur, la f.c.e.m. E augmente avec la vitesse et s'oppose de plus en plus au passage du courant.
U −E
U =E RI donc RI =U −E et I =
R
On observe un plateau de l'ordre de 27mA atteint par I qui reste constant et ne dépend plus de la vitesse
donc de la tension d'alimentation du moteur dès qu'on a atteint une certaine vitesse (2000 tr/min).
2
2) Etude en charge
U1(V)
I1(mA)
U2(V)
I2(mA)
f(Hz)
n(tr/min)
P1(W)
P2(W)
PJ1
(W)
PJ2
(W)
PC
(W)
Pu
(W)
Êta
Êta
moteur génér
atrice
24
24
23,5
0
3800
3166,67
0,58
0
0,01
0
0,28
0,28
0,49
23,9
47,6
22,4
22,8
3703
3085,83
1,14
0,51
0,06
0,01
0,28
0,8
0,71
0,64 2,48E-03
24
50
22,3
25,3
3696
3080
1,2
0,56
0,06
0,02
0,28
0,86
0,72
0,66 2,66E-03
23,9
60,3
21,7
35,6
3654
3045
1,44
0,77
0,09
0,03
0,27
1,08
0,75
0,72 3,38E-03
23,9
70,2
21,3
45,3
3607
3005,83
1,68
0,96
0,12
0,05
0,27
1,29
0,77
0,75 4,09E-03
23,9
80,2
20,8
55
3571
2975,83
1,92
1,14
0,16
0,07
0,27
1,49
0,78
0,77 4,78E-03
23,9
90,5
20,3
64,2
3536
2946,67
2,16
1,3
0,2
0,1
0,28
1,68
0,78
0,77 5,45E-03
23,9
100
19,9
73,2
3499
2915,83
2,39
1,46
0,25
0,13
0,28
1,87
0,78
0,78 6,11E-03
23,9
110,4
19,3
82,7
3445
2870,83
2,64
1,6
0,3
0,17
0,29
2,05
0,78
0,78 6,82E-03
23,9
120,8
18,8
92,9
3400
2833,33
2,89
1,75
0,36
0,21
0,29
2,24
0,78
0,78 7,56E-03
23,9
130,2
18,3
102
3360
2800
3,11
1,87
0,42
0,25
0,29
2,41
0,77
0,77 8,22E-03
23,8
141
17,9
113
3343
2785,83
3,36
2,02
0,49
0,31
0,27
2,6
0,78
0,78 8,92E-03
23,8
150
17,4
122
3275
2729,17
3,57
2,12
0,55
0,36
0,27
2,75
0,77
0,77 9,63E-03
23,8
180,9
15,84
151,6
3145
2620,83
4,31
2,4
0,8
0,56
0,27
3,23
0,75
0,74 1,18E-02
23,7
202,7
14,73
173,3
3073
2560,83
4,8
2,55
1,01
0,74
0,25
3,54
0,74
0,72 1,32E-02
23,7
220,7
13,74
190,8
3007
2505,83
5,23
2,62
1,19
0,89
0,26
3,78
0,72
0,69 1,44E-02
23,7
249,7
12,28
219,5
2864
2386,67
5,92
2,7
1,53
1,18
0,26
4,13
0,7
0,65 1,65E-02
23,6
270
11,15
240
2755
2295,83
6,37
2,68
1,79
1,41
0,25
4,34
0,68
0,62 1,80E-02
23,6
304
9,3
274,2
2628
2190
7,17
2,55
2,26
1,84
0,26
4,65
0,65
0,55 2,03E-02
23,5
350
6,74
320,4
2434
2028,33
8,23
2,16
3
2,52
0,27
4,95
0,6
0,44 2,33E-02
23,4
407,8
3,38
379,6
2115
1762,5
9,54
1,28
4,07
3,53
0,33
5,14
0,54
0,25 2,79E-02
23,3
450
0,83
422
1964
1636,67 10,49
0,35
4,96
4,36
0,4
5,12
0,49
0,07 2,99E-02
23,4
452,3
0,51
425,3
1900
1583,33 10,58
0,21
5,01
4,43
0,46
5,11
0,48
0,04 3,08E-02
23,3
454,5
0,19
425,6
1880
1566,67 10,59
0,08
5,06
4,44
0,51
5,02
0,47
0,02 3,06E-02
0
Couple utile en fonction du courant
0,035
0,030
Tu(Nm)
0,025
0,020
0,015
0,010
0,005
0,000
0
100
200
300
I1(mA)
3
400
500
Tu(N.m)
8,47E-04
La courbe donnant le couple utile en fonction du courant est une droite passant pratiquement par l'origine.
Si on néglige le couple de pertes Tp, on rpeut dire que Tu est proportionnel au courant I.
Tem = Tu + Tp = KI mais si Tp négligeable devant Tu, alors Tu ≈ KI.
Cela signifie que plus le couple utile développé par le moteur est grand plus le courant absorbé par le
moteur est fort.
En d'autres termes, le courant est au moteur électrique ce que le carburant est au moteur thermique, plus
le moteur force, plus il consomme du carburant, donc du courant pour le MCC, sachant que le générateur
l'alimentant a une tension constante.
Il faudra retenir que la tension U et le courant I ont un rôle indépendant et distinct :
- Le changement de tension sert à faire varier la vitesse ;
- Le changement de courant sert à faire varier le couple utile développé par le moteur ;
La tension est commandée par l'utilisateur alors que le courant est absorbé par le moteur en fonction
de ses besoins (de l'effort à fournir).
Caractéristique mécanique du MCC
0,035
0,030
Tu(Nm)
0,025
0,020
0,015
0,010
0,005
0,000
0
1000
2000
3000
4000
n(tr/min)
La caractéristique mécanique du moteur montre que plus le moteur force, plus la vitesse diminue, mais
dans une proportion relativement faible. La courbe obtenue est une droite ne passant pas par l'origine
et de fort coefficient directeur négatif.
Si on change U, on obtiendra une droite parallèle à la précédente mais translatée vers la droite
(grandes vitesses) quand U augmente et vers la gauche (petites vitesses) quand U diminue.
La courbe qui suit montre les puissances en fonction du couple utile.
– quand Tu augmente, la puissance absorbée P1 augmente presque proportionnellement car P = UI et U
est constant et I proportionnel à Tu ;
– par contre, Pu augmente, mais pas du tout proportionnelement à Tu, elle augmente de moins en moins
vite ;
– cela est dû aux pertes joule qui augmentent très considérablement, car elles sont proportionnelles au
carré du cournat, lui même proportionnel au couple utile ;
– par contre, les pertes constantes sont bien à peu près constantes car elles sont dues aux frottements
mécaniques et aux pertes fer qui ne dépendent que de la vitesse de rotation, qui ne varie que peu ;
– Lorsque le couple utile est faible, Pc>PJ, ce sont les pertes constantes qui l'emportent et les pertes
joule sont négligeables devant les pertes constantes. Comme Pu est petit, Pc peut être supérieur à Pu et
le rendement du moteur est très faible.
4
Puissances et rendement en fonction de Tu
Puissances (W) et rendement
11
10
9
Régime nominal
8
P1(W)
7
Pu
PJ1
6
PC
10 êta
5
4
Régression linéaire, P1(W)
Régression linéaire, PC
3
2
1
0
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0,035
Tu(N.m)
–
–
Lorsque Tu est grand, les pertes joule sont très grandes car le courant est fort, du coup les pertes
constantes sont négligeables devant les pertes fer. Au fur et à mesure que Tu augmente, PJ peut
devenir supérieur à Pu et le rendement redevient très faible ;
Au régime nominal, Pc ≈ PJ et ces pertes sont faibles devant Pu, C'est là que le rendement est le
meilleur. C'est à ce régime qu'il faut utiliser le moteur.
Rendement en fonction de n(tr/min)
Régime nominal
0,8
0,75
0,7
0,65
0,6
0,55
0,5
0,45
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
Vitesse nominale
Vitesse à vide
Ce schéma donne une zone de vitesses pour lesquelles, à 24V, le rendement est maximal. Cela correspond
bien à ce que nous donne le constructeur :
–
–
–
Tension nominale :
Vitesse à vide :
Vitesse en charge nominale :
24V
3200 tr/min
2800 tr/min
5
Rendement en fonction de l'intensité I1(mA)
0,8
0,75
0,7
η↓
0,65
0,6
0,55
0,5
0,45
0
50
100
150
200
Courant à vide
250
300
350
400
450
500
I↑
Intensité nominale
Rendement en fonction de P1(W)
0,8
0,75
0,7
0,65
0,6
0,55
0,5
0,45
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Rendement en fonction de Pu(W)
9
10
11
Puissance d'entrée nominale
0,8
0,75
0,7
0,65
0,6
0,55
0,5
0,45
0
–
–
–
1
2
3
4
5
6
Puissance de sortie nominale
Courant nominal de l'ordre de 130mA.
Puissance d'entrée nominale de l'ordre de 3W (le constructeur donne puissance d'entrée = 4,3W).
Puissance de sortie nominale de l'ordre de 2,5 W (mais on peut compter sur 3W)
6