Total : /20 TP N° 1 – Génératrice à courant continu

Université de TOULON et du VAR Noms Prénoms :
Institut Universitaire de Technologie
Licence professionnelle Techniques de conversion des énergies renouvelables
Maitriser et Intégrer les Energies Date :
Garnero 1 MIE-TCER-TP-1b.doc
Prépa : /4
TP : /10
Rapp : : /6
Total
:
/20
TP N° 1 – Génératrice à courant continu
PREPARATION :
Rappeler les formules qui permettent d’obtenir, pour une génératrice à courant continu :
- La valeur de la force électromotrice à circuit ouvert E, en fonction de la constante de flux K et de la
vitesse angulaire de rotation Ω ( Φ= N
a
p
2
π
1
K
(Wb)
)
- La valeur du moment du couple électromagnétique T
em
en fonction de K et du courant débité I
a
- La valeur de la tension de sortie U
a
en fonction de E et de la résistance interne R
a
- Le moment du couple réel T
abs
absorbé par la génératrice quand on utilise une machine balance.
- Le rendement de la génératrice à pleine charge si l’on considère que les pertes par effet Joule dans
l’inducteur se calculent par P
JS
=U
N
× i
exG
La plaque signalétique de la génératrice à l’essai indique :
Génératrice
Marque : LEROY-SOMER
Type : Génératrice dérivation
Vitesse : n =1 500 tr/mn
Tension : U
a
= 220 V
Courant d’induit : I
a
= 10 A
Courant d’inducteur : I
exG
= 0,6 A
Puissance utile : P
u
= 2 250 W
Le courant d’excitation du moteur d’entrainement est de I
exM
= 0,8A

TP n°1 Génératrice à courant continu
Garnero 2 MIE-TCER-TP-1b.doc
EXPERIMENTATION :
.1°) ESSAIS A CIRCUIT OUVERT :
Il s’agit de la première approche où l’on analyse comment évolue la tension
de sortie quand la génératrice ne débite pas :
- d’une part en fonction de la fréquence de rotation, à excitation
constante,
- d’autre part en fonction du courant d’excitation, à vitesse constante.
Réaliser le montage ci-dessous puis relever et tracer sur papier
millimétré, les deux caractéristiques de réglage de la tension à
circuit ouvert.
Réglage de la vitesse de rotation
U
0
= f(n) à i
exG
= 0,6 A et i
a
= 0 pour n allant de 0 à 1 800tr/mn
Protocole expérimental :
1°) Déterminer les valeurs que l’on va choisir pour n et tracer un tableau qui pourra contenir ces valeurs.
2°) Mettre en marche AL
1
, puis régler Rh pour que l’ampèremètre A
1
indique i
exm
= 0,8 A
3°) Mettre en marche l’ATV, puis le régler pour que l’ampèremètre A
2
indique i
exG
= 0,6 A
4°) Mettre en marche AL
2
puis la régler pour que le tachymètre indique la valeur désirée puis noter la
valeur de U
a0
sur le voltmètre V
1
.
5°) Reprendre la mesure précédente jusqu’à ce que la vitesse atteigne 1 800tr/mn. Ensuite ramener AL
2
à
zéro, puis ramener l’ATV à zéro, enfin, en dernier lieu, couper AL
1
.
6°) Tracer la caractéristique demandée et vérifier si tous les points relevés sont convenables. S’il y a lieu,
refaire la mesure pour les points suspects
Réglage de l’excitation
U
0
= g(i
exG
) à n = 1 500 tr/mn et i
a
= 0 pour i
exG
allant de 0 à 0,8A
Protocole expérimental :
1°) Déterminer les valeurs que l’on va choisir pour i
exG
et tracer un tableau qui pourra contenir ces valeurs.
2°) Mettre en marche AL
1
, puis régler Rh pour que l’ampèremètre A
1
indique i
exm
= 0,8A
3°) Mettre en marche AL
2
puis la régler pour que le tachymètre indique n = 1 500 tr/mn
4°) Mettre en marche l’ATV, augmenter jusqu’au maximum prévu puis revenir à zéro ceci afin de stabiliser
le cycle d’hystérésis magnétique de la génératrice. Noter la valeur de U
a0
lorsque i
exG
= 0 . Augmenter
le courant par l’intermédiaire de l’ATV jusqu’à ce que la première valeur prévue soit atteinte.
Inducteur
Induit
pôles auxiliaires
de commutation
(anti-parasite)
Plaques à bornes
1
2
3
4
n’
AL
2
Induit
0
300 V
=
i
a
= 0
u
a0
Rh
i
exG
AL
1
Excit .
265 V
=
Pupitre
A
1
Mcc
3
M
4
M
Moteur d’entrainement
1
M
2
M
Auto transformateur variable
A.T.V.
230 V ~
+
-
Génératrice
V
1
2
G
1
G
3
G
4
G
Gcc
bal
i
exM
A
2

TP n°1 Génératrice à courant continu
Garnero 3 MIE-TCER-TP-1b.doc
Attention les variations de
i
exG
doivent être monotones. Il ne faut pas revenir en arrière pour ajuster
les valeurs, si la valeur prévue est légèrement dépassée, on note la valeur réellement atteinte.
5°) Reprendre la mesure précédente jusqu’à ce que le courant d’excitation atteigne i
exG
= 0,8 A.
6°) Reprendre les mesures précédentes, par valeurs décroissantes, jusqu’à zéro. Ensuite ramener AL
2
à
zéro, enfin en dernier lieu couper AL
1
.
7°) Tracer la caractéristique demandée par valeurs croissantes et décroissantes. Vérifier si tous les
points relevés sont convenables. S’il y a lieu, refaire la mesure pour les points suspects
Commenter vos résultats. Que peut-on dire de chacune de ces deux courbes ?
2°) ESSAI EN CHARGE EN EXCITATION SEPAREE
Cet essai permet de voir comment se comporte la tension de sortie quant on fait débiter du courant à la
génératrice. On mesure également le couple mécanique subi par l’arbre.
Réaliser le montage ci-dessous puis relever et tracer sur papier millimétré, les deux caractéristiques de
tension et de couple à vitesse de rotation constante.
Pour i
a
allant de 0 à 10 A U = f(I
a
) à
et
T
abs
= g(I
a
)
Protocole expérimental :
1°) Déterminer les valeurs que l’on va choisir pour i
a
et tracer un tableau qui pourra contenir toutes les
valeurs de l’essai. Vérifier l’équilibrage de la barre dynamométrique.
2°) Mettre en marche AL
1
, puis régler Rh pour que l’ampèremètre A
1
indique i
exm
= 0,8 A
3°) Mettre en marche AL
2
puis la régler pour que le tachymètre indique n =1 500 tr/mn.
4°) Mettre en marche l’ATV, puis le régler pour que l’ampèremètre A
2
indique i
exG
= 0,6 A
5°) Noter la valeur de la tension U et du moment du couple T
abs
, le courant étant encore nul. Mettre en
marche le plan de charge pour obtenir la première valeur de i
a
sur l’ampèremètre A
3
. Relever les
valeurs de U et de Tabs. (vérifier que i
ex
et n n’ont pas changé, corriger s’il y a lieu)
6°) Reprendre la mesure précédente jusqu’à ce que la valeur nominale du courant soit atteinte. Ensuite
ramener le plan de charge à zéro, puis l’ATV à zéro, ensuite AL
2
à zéro, enfin, en dernier, couper AL
1
.
7°) Tracer les caractéristiques demandées et vérifier si tous les points relevés sont convenables. S’il y a
lieu, refaire la mesure pour les points suspects
i
exG
= 0,6 A
n = 1 500tr/mn
n’
AL
2
Induit
0
300 V
=
i
a
u
Rh
i
exG
AL
1
Excit .
265 V
=
Pupitre
A
1
Mcc
3
M
4
M
Moteur d’entrainement
1
M
2
M
A.T.V.
230 V ~
Auto transformateur variable
+
-
Génératrice
V
1
2
G
1
G
3
G
4
G
Gcc
bal
A
2
T
abs
=
P
x
l
P
230 V =
4 kW
Charge
Plan résistif
A
3
Poids de la masse mobile P = 20 N
i
exM

TP n°1 Génératrice à courant continu
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Exploitation des résultats :
Relever les caractéristiques demandées.
1°) Chute de tension, modélisation.
Mesurer la tension entre la valeur à circuit ouvert et la valeur en charge nominale. Exprimer le
résultat en pourcentage de la tension en charge.
Assimiler la courbe de la tension à une droite, en déduire la force électromotrice et la résistance
interne.
2°) Rendement
en appliquant
( )
exGNabs
aIUT IU ×+Ω×
×
= η déterminer la courbe de rendement η
ηη
η = f(I
a
) pour I
a
allant
de 0 à 10A. Tracer cette courbe. Commentez vos résultats.
3°) REGULATION DE TENSION
Le montage est identique au précédent, mais le but est de voir comment il faut régler l’excitation pour que
la tension de sortie en charge reste constante. On relèvera les deux courbes :
Pour i
a
allant de 0 à 10 A I
exG
= f(I
a
) à
et
T
abs
= g(I
a
)
Protocole expérimental :
1°) Déterminer les valeurs que l’on va choisir pour i
a
et tracer un tableau qui pourra contenir toutes les
valeurs de l’essai. Vérifier l’équilibrage de la barre dynamométrique.
2°) Mettre en marche AL
1
, puis régler Rh pour que l’ampèremètre A
1
indique i
exm
= 0,8 A
3°) Mettre en marche AL
2
puis la régler pour que le tachymètre indique n =1 500tr/mn
4°) Mettre en marche l’ATV, puis le régler pour que l’ampèremètre V
1
indique U
a
= 220 V
5°) Noter la valeur du courant i
exG
et du moment du couple T
abs
, le courant étant encore nul. Mettre en
marche le plan de charge pour obtenir la première valeur de i
a
sur l’ampèremètre A
3
. Augmenter L’ATV
pour que la tension U
a
remonte à 220 V. Relever les valeurs de i
exG
et de Tabs. (vérifier que u
a
et n
n’ont pas changé, corriger s’il y a lieu)
6°) Reprendre la mesure précédente jusqu’à ce que le courant atteinte I
a
= 10 A. Ensuite ramener le plan
de charge à zéro, puis l’ATV à zéro, ensuite AL
2
à zéro, enfin, en dernier, couper AL
1
.
7°) Tracer les caractéristiques demandées et vérifier si tous les points relevés sont convenables. S’il y a
lieu, refaire la mesure pour les points suspects
Exploitation des résultats :
Relever les caractéristiques demandées.
Pour 3 valeurs de votre choix, calculer la valeur du rendement de la génératrice.
Commentez vos résultats.
4°) ESSAI EN CHARGE EN EXCITATION DERIVATION
Afin de rendre la génératrice autonome (sans avoir besoin d’une source pour fournir I
exG
) on la fait
fonctionner en auto excitation.
Dans un premier temps on vérifiera l’auto-amorçage, ensuite on relèvera les deux caractéristiques de
tension et de couple à vitesse de rotation constante sans toucher au rhéostat d’excitation.
Pour i
a
allant de 0 à 10 A U = f(I
a
) à
et
T
abs
= g(I
a
)
U
a
= 220 V
n = 1 500 tr/n
R
H2
= cte
n = 1 500tr/mn

TP n°1 Génératrice à courant continu
Garnero 5 MIE-TCER-TP-1b.doc
Protocole expérimental :
Auto-amorçage :
On commence à R
H2
réglée au maximum de résistance.
1°) Mettre en marche AL
1
, puis régler Rh
1
pour que l’ampèremètre A
1
indique i
exm
= 0,8 A
2°) Mettre en marche AL
2
puis la régler pour que le tachymètre indique n =1 500tr/mn
3°) Observer sur V
1
la tension U. Diminuer progressivement le rhéostat R
H2
jusqu’à ce que la génératrice
s’amorce. Si la tension de la génératrice n’augmente pas quand on diminue R
H2
, permuter les bornes de
l’excitation (1
G
et 2
G
). Ensuite, régler le rhéostat R
H2
pour que A
2
indique un courant i
exG
= 0,6 A
lorsque la charge n’est pas branchée.
Remarque : Si l’amorçage se produit sans qu’il soit nécessaire de permuter les bornes, il est bon d’observer
quand même ce phénomène. Pour cela, il faut arrêter le moteur, permuter les bornes, et remettre en
marche. Après avoir observer, remettre l’excitation dans le bon sens.
Essai en charge :
1°) Déterminer les valeurs que l’on va choisir pour i
a
et tracer un tableau qui pourra contenir toutes les
valeurs de l’essai. Vérifier l’équilibrage de la barre dynamométrique Vérifier que R
H2
soit au maximum.
2°) Mettre en marche AL
1
, puis régler Rh pour que l’ampèremètre A
1
indique i
exm
= 0,8 A
3°) Mettre en marche AL
2
puis la régler pour que le tachymètre indique n =1 500 tr/mn.
4°) Diminuer progressivement le rhéostat R
H2
jusqu’à ce que la génératrice s’amorce, puis le régler pour
que l’ampèremètre A
2
indique i
exG
= 0,6 A
5°) Noter la valeur de la tension U et du moment du couple T
abs
, le courant étant encore nul. Mettre en
marche le plan de charge pour obtenir la première valeur de i
a
sur l’ampèremètre A
3
. Relever les
valeurs de U et de Tabs. (vérifier que n n’ont pas changé, corriger s’il y a lieu)
6°) Reprendre la mesure précédente jusqu’à ce que la valeur nominale du courant soit atteinte. Ensuite
ramener le plan de charge à zéro, ensuite AL
2
à zéro, enfin, en dernier, couper AL
1
.
7°) Tracer les caractéristiques demandées et vérifier si tous les points relevés sont convenables. S’il y a
lieu, refaire la mesure pour les points suspects
Relever les caractéristiques demandées. On utilisera les mêmes repères que ceux du § 2° pour comparer.
1°) Chute de tension
Comparer la chute de tension à celle obtenue précédemment. Commenter.
2°) Rendement
en appliquant
( )
Ω×
×
=abs
a
TIU
η déterminer la courbe de rendement η
ηη
η = f(I
a
) pour I
a
allant
de 0 à 10A. Tracer cette courbe. Commenter vos résultats.
n’
AL
2
Induit
0
300 V
=
Rh
1
i
exG
AL
1
Excit .
265 V
=
Pupitre
A
1
Mcc
3
M
4
M
Moteur d’entrainement
1
M
2
M
Génératrice
2
G
1
G
3
G
4
G
Gcc
bal
A
2
T
abs
=
P
x
l
P
i
a
u
V
1
230 V =
4 kW
Charge
Plan résistif
Po
ids de la masse mobile P = 20 N
i
exM
A
3
Rh
2
i
exG
u
0
Amorçage
Non
Amorçage