Echelon de tension appliquée à la Mcc étudiée [ Ua=f(t)]

TP : Mcc
I.U.T. de Villetaneuse
Université de Paris 13
Département G.E.I.I.
Deuxième année 1999/2000
TRAVAUX PRATIQUES D’ELECTROTECHNIQUE : POSTE N°:
ETUDE D’UNE MACHINE A COURANT CONTINU
MODELISATION
I- PRESENTATION :
La machine à courant continu est encore aujourd’hui la machine de traction la plus utilisée. Elle
motorise les trains de banlieue, le métro, le RER, et les TGV sud. Sa technologie robuste et la
simplicité des variateurs qui lui sont associés en ont fait la machine la plus utilisée. Son entretien
permanent et l’évolution des techniques de commande ont permis d’exploiter d’autres voies d’étude
notamment la machine asynchrone et sa commande spécialisée (TGV transmanche)
II- OBJECTIFS DU TP :
-
Etudier le comportement de la Mcc lors de phase de démarrage (détermination d’un rhéostat de
démarrage)
Tracer les caractéristiques principales de la machine théorique à partir d’essais déjà réalisés.
Déterminer les paramètres de la machine à courant continu par la méthode de PASEK.
Valider les performances par simulation .
Modélisation de la machine sous forme de « schéma bloc »
Comportement en boucle ouverte de la machine.
III- EVALUATIONS OPERATIONNELLES :
 Aucun câblage et aucune modification de câblage ne doivent être effectues sous tension.
 Aucune mise sous tension ne peut être effectuée sans l’autorisation du responsable du TP.
 L’utilisation exclusive de douilles et de fiches de sécurité et le bouclage des conducteurs de
protection (PE) permettent d’éviter les tensions de contacts dangereuses. Les prises de terre
(PE) de la source et des appareils(machine, transformateur,...) doivent être reliées. Il en est de
même pour les neutres.
 Les composants et les appareils de mesure doivent être disposés selon le schéma de principe.
 Les appareils de mesures doivent être manipulés et utilisés avec soin.
 Les montages doivent être aérés et facilement contrôlable «choix des couleurs et longueurs des
conducteurs).
 Les mesures doivent être rapportées avec clartés et exactitude.
 Les courbes doivent être tracées avec soin. Les courbes et les résultats doivent être analysés et
interprétés avec pertinence.
Préparation
Théorique et
Pratique
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Respect des règles
de sécurité et
comportement
Réglages approriés
des appareils, Qualité
des mesurages et
réglages appropriés
5
5
1
Pertinences des
commentaires,
analyses et
synthèses
5
NOTE
GLOBALE
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IV- PREPARATION :
1- Donner les équations de fonctionnement d’une Mcc (électriques et mécaniques).(on tient compte
de Kd coefficient de frottement visqueux)
2- Les transcrire dans le domaine de LAPLACE.
3- Représenter la machine sous forme de blocs fonctionnels.
4- Quels sont les essais qui permettent d’obtenir la résistance d’induit, l’inductance, l’inertie, les
pertes constantes de la machine à courant continu. Donner les schémas permettant de réaliser
ces essais.
5- Il existe différents procédés de démarrage des Mcc, les plus utilisés sont les variateurs nommés
« HACHEURS ou REDRESSEURS COMMANDEES » mais il existe encore des procédés par
élimination de résistances (rhéostat de démarrage). Quelle grandeur électrique faut-il limiter, le
démontrer simplement.
6- Proposer une méthode permettant de calculer un rhéostat de démarrage.(on choisit de limiter le
courant Id entre deux valeurs Im=1.2 Ian et IM=1.4Ian)
V- MANIPULATION (ETUDE):
Le laboratoire de Génie électrique a procédé aux essais suivants :
A- Mise en rotation à flux constant d’une MCC de Un=275 v et Pu=3 kW sous une tension
d’induit U= 160 v puis 8 secondes plus tard un échelon de tension est appliquée à la
machine.
B- Le laboratoire a relevé Ua, Ia,  (Courbes données en annexes)
1- Détermination des paramètres de la machine. (Méthode de PASEK) :
Dans cette méthode de résolution graphique on néglige les frottements visqueux.
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Quel est la valeur de l’échelon de tension appliquée à la machine ?
Relever le temps t1 ( temps de croissance du courant Ia jusqu’à sa valeur max.).
Relever Ia max, puis Ia pour t2=2t1.
Exprimer puis calculer I(t1), I(t2), puis le rapport =I(t2)/ I(t1)
Exprimer les constantes électrique et électromécanique (e et em) en fonction de R, L,
J, K (constante électrique).
De l’étude des courbes de vitesse =f(t) et tension Ua=f(t) en déduire K.
Des abaques de PASEK trouver e, puis em.(On donne e=em)
En déduire L, R, J.
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2- Simulation de la machine avec les paramètres trouvés :
A partir du logiciel « SIMULINK » réaliser le schéma permettant de réaliser cet essai. On utilisera
un diviseur de tension de puissance pour créer l’échelon.
Imprimer les courbes caractéristiques et les comparer aux annexes fournies.
3- Etude de la machine :
3-1- Déterminer la caractéristique de charge =f(I) à Ua =cste.
3-2- Déterminer la caractéristique de couple Tu=f().
3-3- Déterminer la caractéristique de rendement =f().
4- Etude de la limitation du courant de démarrage :
On insère dans le circuit de puissance un rhéostat de démarrage.
1- Relever par simulation le courant max à la mise sous tension de la machine.
Commenter le résultat obtenu.
2- On souhaite limiter le courant de 1,2 à 1.4 Ian (11 A). Calculer la valeur du rhéostat de
démarrage.
3- Calculer le nombre de temps de démarrage nécessaire à la mise en vitesse de la machine.
4- Valider par un essai sous « SIMULINK » pour les trois premiers temps.(on regroupera dans
le troisième temps les résistances du temps 3 au temps n.
5- Automatique appliqué à la machine :
1- Saisir sous « SIMULINK « l’ensemble des schémas bloc représentant la machine.(avec les
paramètres issus de la méthode de PASEK).
2- Tracer par la méthode de votre choix la fonction de transfert de la machine en régime
harmonique.
3- Conclure sur la stabilité de la machine.
REMARQUES :
 Pour l’essai de Pasek on utilisera un diviseur de tension dont les résistances sont très faibles 0.01
Ohm. Dont on courcircuitera une des résistrances au moyen d’un GTO
 Pour silumer le réhostat de démarrage on utilise des résistances courcircuitées au moyen d’un
GTO
 On négligera le couple résistant.
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ANNEXE 1 : ESSAI de PASEK
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Relevé de la vitesse de la Mcc lors de l’essai de PASEK
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Relevé du courant dans l’induit (Ia) lors de l’essai de PASEK
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Agrandissement de la pointe de courant moteur à l’instant de l’échelon lors de l’essai de PASEK
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Abaques de PASEK
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