1 - Bobine à noyau de Fer

T
TP P n n° °1 1 B BO OB BI IN NE E A A N NO OY YA AU U D DE E F FE ER R
1.- Préparation
Pour tous les TP, les étudiants doivent avoir lu et préparé le sujet individuellement avant la séance, cette
préparation est matérialisée par un écrit par binôme. Chaque étudiant devra être en possession du
polycopié correspondant au sujet du TP. Le respect des directives précédentes participe à la note de TP
avec le compte rendu de TP rendu en fin de séance.
Ce compte-rendu fera apparaître les mesures réalisées, le protocole utilisé et les courbes de résultats
éventuelles, avec échelle et légende apparentes. Des feuilles de papier millimétré et oscillogrammes
vierges sont disponibles en salle.
1.1.- Travaux pratiques d'électronique de puissance
Les sources d'énergie continue ou alternative utilisées en E.P. sont souvent des sources de tension
non limitée en courant avec des impédances internes faibles. De plus, les tensions sont très supérieures à
celles utilisées en laboratoire d'électronique.
Par conséquent, à la différence d'une alimentation électronique stabilisée, d'un montage utilisant des
amplificateurs opérationnels ou des circuits intégrés, les courts-circuits en E.P. ont comme conséquence la
fusion de fusibles, ou la destruction de cordons, d'appareils de mesure, etc.
La vérification des montages avant la mise sous tension est obligatoire.
Le danger pour les personnes, sans être sous estimé, est très faible si l'on respecte un minimum de règles
de sécurité, de bon sens, et surtout de réflexion avant une action sur un montage sous tension.
NB : Une mesure se lit sur un appareil de précision (Voltmètre, Wattmètre ou Ampèremètre)
Une observation, une visualisation ou une allure se lisent à l’oscilloscope, qui n’est pas fait pour la précision.
1.2.- Relire le cours BNF
Répondre par écrit brièvement aux questions posées dans la préparation, le professeur vérifiera en début
de séance que ce travail a été fait.
Prévoir succinctement les montages et les méthodes de mesure de la partie expérimentions.
1.3.- Caractéristiques des appareils de mesure
Connaître les caractéristiques et savoir reconnaître en particuliers les appareils ferromagnétiques et
magnétoélectriques ainsi que les multimètres RMS ou non (voir le cours).
1.4.- Visualisation d'un cycle d'hystérésis
Montage :
Un alternostat et un
transformateur d'isolement
alimente les points A et B
Attention : aux court circuits
avec deux fils de masse sur
l'oscilloscope
• les appareils mesurent les valeurs efficaces (multimètres RMS, ferromagnétiques)
• pour visualiser le courant, on utilise une sonde à effet Hall
• le flux, donc l'induction B, est obtenu en intégrant par un circuit R,C la tension obtenue aux bornes d'un
deuxième enroulement porté par la bobine.
v
x
= α i =
1
n
Hl
α v
y
= k
i
⌡
⌠
T
n
2
dφ
dt dt = k
i
n
2
S B
R = 1 MΩ et donc i
2
est très faible. Justifier l’emploi du deuxième enroulement..

Justifier le choix R = 1 MΩ et C = 2 µF pour réaliser un intégrateur. Calculer k
i
. Comment l'impédance de
l'entrée de l'oscilloscope (1MΩ) en parallèle sur C modifie t'elle k
i
?
2.- Expérimentation
2.1.- Résistance de la bobine
Mesurer la résistance r de l'enroulement 1 à l'aide d'un ohmmètre, puis en l'alimentant par un
courant continu égal à I
N
(courant nominal, ordre de grandeur : 5 A par mm
2
dans le cuivre)
Cette mesure pourra être réalisée en fin de TP.
2.2.- Hystérésis
2.21.- Courant et tension
Ne pas placer le circuit RC intégrateur sur le montage et visualiser le courant i à l'aide de la sonde Hall
Pour U
1
variant de 0 à 120% de U
1N
(U
1N
= valeur nominale de U
1
) :
• Visualiser la tension u
1
(t) et le courant i(t) .pour plusieurs valeurs de U
1
Interpréter.
• Relever la tension u
1
(t) et le courant i(t) pour la tension nominale (graduer l'axe des
ordonnées en volts et en ampères !)
• Tracer I (valeur efficace de i) en fonction de U
1
jusqu’à 110% de U
1N
. Interpréter.
2.22.- Flux
Monter le circuit RC intégrateur sur l'enroulement secondaire placé sur la même colonne que la bobine
étudiée.
• Déterminer n
1
et n
2
en entourant le circuit magnétique d'un tour de fil rigide et en mesurant
la tension aux bornes de ce fil.
• Estimer (très approximativement) les dimensions géométriques du circuit magnétique.
En tenant compte du coefficient de foisonnement égal à 0,95 (rapport entre surface utile du fer
et section du circuit magnétique dû à l'isolation entre les tôles
• Visualiser le flux et le relever (fonction du temps) sur le même graphe qu’au 2-21.
Graduer l'axe en Weber puis en Tesla, interpréter.
Préciser l'induction maximum B
M
dans le fer, comparer cette valeur à celle donnée par la
formule de Boucherot. Quelle est la perméabilité relative du fer pour ce point
• Tracer le cycle d'hystérésis pour U
1N
. Faire en sorte que le cycle occupe tout l’écran de
l’oscilloscope (10 x 8 carreaux). Graduer les axes en Tesla et Am
-1
A partir de la surface du cycle d'hystérésis, déterminer les pertes fer du matériau puis, à partir
du volume effectif du fer de la bobine, les pertes fer de celle-ci.
Vérifier ce dernier résultat avec un wattmètre.
2.3.- Pertes fer et bobine équivalente
Pour U
1
variant de 0 à 120% de U
1N
, relever par la méthode directe P
fer
en fonction de U
12
et
simultanément I
1
en fonction de U
1
Conclure.
Donner très approximativement les pertes fer en watt par kilo.
• Déterminer le schéma équivalent de la bobine pour U
1N
.
Placer aussi la résistance r correspondant aux pertes cuivre sur ce
modèle.
v
i'
RL
i' a
i'
r