Mesure précise des caractéristiques pour un moteur DC à balais

RÉSUMÉ TRAVAIL DE BACHELOR
FRIBOURG | JUILLET 2012
INSTITUT DES TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES
FILIÈRE: GÉNIE ÉLECTRIQUE
Mesure précise des caractéristiques pour un
moteur DC à balais
ACRONYME
MEMODC
MANDAT
Johnson Electric, Morat
ÉTUDIANT
Flavian Allaz
PROFESSEUR
André Rotzetta
EXPERT
Blaise Destraz
N°
B12GE03
TYPE
Travail de bachelor
CONTACT
[email protected]
Afin de connaître les performances d'un moteur DC, on utilise
traditionnellement un banc d'essai complexe capable d'appliquer une charge
variable et de mesurer le couple, la vitesse et le courant du moteur DC. En plus
de la complexité d'un tel système, il peut seulement qualifier des moteurs d'une
certaine puissance où les pertes mécaniques inhérentes du banc d'essai sont
négligeables. Le présent projet a pour but le développement et l'évaluation
d'une méthode pour évaluer les performances de petits moteurs DC sans les
coupler à une charge mécanique.
La caractérisation du moteur DC doit inclure la constante de couple du moteur,
la vitesse et le courant à vide, le couple et courant de démarrage, le rendement
maximum et la puissance maximum. Il est souhaitable mais pas essentiel
d'obtenir également la résistance dynamique et la constante électrique du
moteur. La méthode de caractérisation doit être aussi simple et robuste que
possible afin d'être utilisable comme contrôle de qualité lors des tests en fin de
ligne de production.
Il est envisagé d'utiliser les mesures de rampes d'accélération, vitesse et
courant à vide, courant de démarrage, pulses de tension et de courant lors de
la commutation ainsi que la réponse à des pulses de courant d'entrée pour
obtenir les caractéristiques précises du moteur.
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RÉSUMÉ TRAVAIL DE BACHELOR | FRIBOURG | JUILLET 12
INSTITUT DES TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES
FILIÈRE: GÉNIE ÉLECTRIQUE
Moteur à courant continu
La figure 1 présente le schéma équivalent
électromécanique d'un moteur à courant continu
à aimant permanent.
Figure 1
La caractérisation du
paramètres suivants :
-
moteur
comprend
les
Résistance de l'induit
R [Ω]
Inductance de l'induit
L [H]
Constante du moteur
k [Nm/A]
Couple de frottement sec
Mf0 [Nm]
Coeff. de frottement visqueux
β [Nm·s/rad]
Inertie du rotor
J [kg·m²]
Banc de test réalisé
Commande
Alimentation
Courant
Affichage des
caractéristiques
Moteur à
tester
Interface graphique
Figure 3 - Schéma bloc du banc de test
Le moteur à caractériser est raccordé à une
source de tension commandée par un module
d'entrées/sorties de National Instruments (DAQ).
Ce même module sert également à mesurer la
tension et le courant appliqués au moteur.
La procédure de test a été implémentée en
LabView, le programme est exécuté sur un
ordinateur raccordé au module DAQ. Une
interface graphique permet à l'utilisateur de
démarrer
le
test
et
de
consulter
les
caractéristiques mesurées.
Courant au démarrage
1
Courant mesuré
Courant simulé
0.5
0
0.05
Temps [s]
0.1
0.15
Vitesse au démarrage puis arrêt en roue libre
Vitesse
1
Vitesse mesurée
Vitesse simulée
0.5
0
0.5
PC LabView
+
Programme de test
Lancement
du test
0
1
USB
National Instruments
Mesure de la vitesse
Un point clé de ce projet est la mesure de la
vitesse de rotation du moteur sans y coupler
mécaniquement un capteur. Pour cela, il est
possible d'utiliser la mesure du courant
consommé par le moteur.
Module
d’entrées / sorties
Mesure courant
et tension
Courant
Le but de ce projet est de développer un banc de
test entièrement automatisé permettant la
mesure précise des caractéristiques d'un moteur
à courant continu à aimant permanent.
La procédure de test doit être rapide et ne
nécessite pas de coupler mécaniquement le
moteur à un dispositif quelconque.
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Temps [s]
0.3
0.35
0.4
0.45
Figure 4 - Comparaison entre mesure et
simulation (modèle simulink)
0
-0.5
-1
0
Conclusion
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
Temps [s]
Figure 2 - Ondulations du courant
(sans composante continue)
La forme de ce courant dépend de la vitesse du
moteur. Une analyse approfondie de ces
ondulations permet de mesurer précisément la
vitesse de rotation du moteur en régime
stabilisé.
Le travail réalisé a permis d'aboutir à un banc de
test fonctionnel. Celui-ci permet de caractériser
complètement et en quelques secondes un
moteur à courant continu donné.
La suite du travail consistera à améliorer le
programme dans le but de pouvoir caractériser
un moteur DC quelconque. Il est également
prévu de perfectionner l'affichage des résultats,
notamment
avec
l'affichage
des
courbes
caractéristiques du moteur et du calcul de ses
performances clés.
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