Rendement d`un moteur électrique

Isaline Cherbuin & Gaëlle Spack
Rendement d'un moteur
électrique
Travail pratique de physique
Table des matières
But:...................................................................................................................................................2
Principe: ...........................................................................................................................................2
Matériel: ...........................................................................................................................................2
Schéma: ............................................................................................................................................3
Marche à suivre:...............................................................................................................................3
Résultats:..........................................................................................................................................4
Commentaires de l'expérience: ........................................................................................................6
Discussion des résultats ...............................................................................................................6
Expérience pratique: ....................................................................................................................6
Utilisation de l'ordinateur:............................................................................................................6
Conclusion: ......................................................................................................................................6
Ecole Moudon
13 Mai 2010
Rendement d'un moteur électrique
But:
Calculer le rendement d'un moteur électrique en utilisant la relation entre l'énergie
électrique et l'énergie potentielle d'un poids soulevé à une certaine hauteur.
Principe:
De l'électricité est délivrée par un transformateur à un moteur électrique. Celui-ci sert
à soulever un poids de masse m d'une hauteur h. La tension U (volts délivré par le
transformateur), le courant I (mesuré à l'aide d'un ampèremètre) et le temps t en
secondes sont reportés dans un tableau de mesures.
La relation entre l'énergie électrique et les variables mesurées est la suivante:
Energie électrique [J] = U [V] * I [A]* t [sec]
La relation entre l'énergie potentielle, la hauteur et la masse du poids est la suivante:
Energie potentielle [J] = m [kg] * h [m]* g [m*s-2]
Le rendement du moteur électrique est calculé avec l'équation suivante:
η [%]= 100*Energie utile [J]/Energie reçue [J]
Ce qui correspond à:
η [%]=
[%] 100*Energie potentielle [J]/Energie électrique [J]
Matériel:
1 moteur électrique
2 tiges en fer
2 pinces (pour faire tenir le moteur aux tiges en fer)
3 fils électriques
1 transformateur
1 ampèremètre
de la ficelle
1 chronomètre
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Rendement d'un moteur électrique
Schéma:
Marche à suivre:
Préparer l'expérience à l'aide du schéma (voir ci-dessus).
Brancher le moteur au transformateur, puis le transformateur à l'ampèremètre et
enfin l'ampèremètre au moteur.
Tourner le bouton de tension du transformateur de façon à faire descendre le
poids.
Mesurer la longueur de la ficelle.
Rebrancher le moteur, en inversant les fils, de façon à faire monter le poids.
Faire remonter le poids à une tension donnée (volts délivrés par le transformateur)
en relevant les ampères et en mesurant le temps en secondes que le moteur met
pour déplacer la masse d'une hauteur h.
Répéter l'opération plusieurs fois en variant les paramètres ( la tension, la hauteur et
la masse)
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Rendement d'un moteur électrique
Résultats:
Tableau 1: Mesures avec changements de la tension
Masse
[kg]
Hauteur
[m]
Tension Intensité Temps E/potentielle E/électrique Rendement
[V]
[A]
[sec]
[J]
[J]
[%]
0.1
0.525
1.5
0.0503
39.625
0.515
2.987
17
0.1
0.525
3.0
0.0520
13.280
0.515
2.072
25
0.1
0.525
5.0
0.0595
7.150
0.515
2.127
24
0.1
0.525
7.0
0.0653
4.985
0.515
2.277
23
0.1
0.525
9.0
0.0703
3.830
0.515
2.422
21
0.1
0.525
10.0
0.0695
3.180
0.515
2.210
23
Graphique 1
En observant notre graphique 1, nous avons remarqué qu'une de nos mesures est
très imprécise ( avec un rendement d'environ 17%), cette imprécision est sûrement
due a une maladresse de notre part en prenant nos mesure. Sinon, toute les autres
mesures sont toutes alignées sur une même horizontale (moyenne des valeurs sans
le 17% est égale à 23). Nos valeurs de rendements sont alignées sur une horizontale
ce qui montre que le rendement ne dépend pas de la tension du moteur
électrique.
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Rendement d'un moteur électrique
Tableau 2: Mesures avec changements de la masse
Masse
[kg]
Hauteur Tension Intensité
[m]
[V]
[A]
Temps E/potentielle E/électrique Rendement
[sec]
[J]
[J]
[%]
0.100
0.525
9
0.0703
3.830
0.515
2.422
21
0.075
0.525
9
0.0650
3.240
0.386
1.895
20
0.050
0.525
9
0.0598
3.810
0.258
2.049
13
0.025
0.525
9
0.0530
3.375
0.129
1.610
8
Graphique 2
Le graphique 2 montre que le rendement est proportionnel à la masse soulevée.
Le rendement est moins bon pour les masses faibles.
Tableau 3: Mesures avec changements de la hauteur
Masse Hauteur Tension
[kg]
[m]
[V]
Intensité
[A]
Temps E/potentielle E/électrique
[sec]
[J]
[J]
Rendement
[%]
0.1
0.525
9
0.0703
3.83
0.515
2.422
21
0.1
0.36
9
0.0688
3.14
0.353
1.943
18
0.1
0.43
9
0.0683
3.31
0.422
2.033
21
Le nombre restreint de valeurs ne justifie pas de graphique. Les résultats montrent
que le rendement ne semble pas dépendre de la hauteur à laquelle le poids est
soulevé.
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Rendement d'un moteur électrique
Commentaires de l'expérience:
Discussion des résultats
Les calculs des différents rendements en fonction de la tension, de la masse et de
la hauteur ont montré que:
1) La tension et la hauteur n'influence pas le rendement
2) Le rendement n'est pas le même pour les différentes masses.
Ce deuxième point nous a étonné. Effectivement, nous pensions que, si un moteur
avait un rendement de 35% par exemple, ce rendement serait le même. Quelque
soit la masse soulevée.
Le rendement du moteur électrique utilisé pour cette expérience ne dépasse pas
25%. Ceci est faible par rapport au tableau de la page 311 de notre livre de
physique, dans lequel les rendements des moteurs électriques sont estimés entre 75
et 95%.
Expérience pratique:
La plus grande difficulté a été la mesure du temps avec le chronomètre. Afin de
limiter les erreurs de mesures, nous avons répété trois fois les expériences et ensuite
calculé la moyenne des temps mesurés.
Nous avons vu que, pour montrer une proportionnalité entre le rendement et un
des paramètre, il fallait au moins 3 mesures. L'idéal, pour nous, aurait été d'avoir 6
mesures pour chaque expérience. Nous avons réalisé ceci au moment de faire nos
tableaux.
Lors de cette expérience, nous devions à chaque fois débrancher tous les fils et les
rebrancher de manière à faire monter ou descendre la masse pour nos différentes
mesures, ce qui nous a posé problème au début.
Pour que les hauteurs soient justes, nous devions être très précises lors du
démarrage et de l'arrêt du moteur, sinon nous aurions dû tout refaire, ce qui nous
aurait fait perdre trop de temps.
Utilisation de l'ordinateur:
L'utilisation du Tableur (Excel) permet de réaliser les calculs directement dans les
tableaux en utilisant les fonctions. La réalisation des graphiques est aussi plus facile
avec le Tableur.
Pour ce rapport, nous avons utilisé le module de réalisation de diapositives pour les
dessins et le traitement de texte pour le corps du rapport.
Conclusion:
Nous avons donc montré que le calcul du rendement d'un moteur électrique est
possible avec un montage assez simple et en utilisant une relation entre l'énergie
électrique et l'énergie potentielle.
Le rendement du moteur électrique utilisé nous paraît relativement bas.
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Rendement d'un moteur électrique
Dans un prochain travail pratique nous pourrions améliorer les points suivants:
Ne pas perdre de temps en installant le montage.
Préparer des tableaux pour noter de façon plus claire nos mesures.
Etre plus organisées dans notre façon de travailler ( qui fait quoi).
Prendre plus de notes au fur et à mesures de l'expérience, pour les mettre
dans nos commentaires.
Faire attention à prendre assez de mesures afin de confirmer nos résultats.
Nous avons trouvé cette expérience très attrayante. Il faut une très bonne
collaboration entre les expérimentateurs surtout pour la mesure du temps qui doit
être très précise en fonction du démarrage et de l'arrêt du moteur.
Isaline et Gaëlle
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