Tâche attribuée pour les travaux d`électrotechnique

Nom :
Classe :
VENTÉLEC
Travaux pratiques
Démarrage par variateur de vitesse "RÉCTIVAR"
Terminale B.E.P. Métiers de
l’Electrotechnique
Tâche attribuée pour les travaux d'électrotechnique
TP N° 3
T BEP ELT
 Durée prévue du TP : 2h 00
 Lieu d'activité : Salle système
Définition des tâches confiées à l'élève à l'occasion
de cette séance de travaux pratiques
1 – Prérequis
 Connaître les grandeurs physiques (tension, courant,
puissance, couple)
 Savoir utiliser les différents appareils de mesure
(multimètre; pince ampèremétrique, pince
wattmétrique, contrôleur d’isolement).
Enoncé des objectifs associés aux
tâches définies
Connaissance
&
Compréhension
 Principe de fonctionnement d’un moteur
à courant continu.
 Décoder une plaque signalétique.
 Brancher un moteur à courant continu
 Branchement de la pince wattmétrique
 Notions sur les variateurs de vitesse
2 - En ayant à votre disposition
Application
 Le système « VENTÉLEC »
 Appareillage de mesures (Pince wattmétriques,
mesureur de vitesse).
 Notices techniques de la pince wattmétrique et
du mesureur de vitesse.
 Calcul de la puissance absorbée, du
couple utile et du rendement.
 Effectuer des mesures de tension,
courant, puissance, vitesse de rotation.
3 - On vous demande : D'exécuter les différentes
activités proposées dans le TP.
4 - Critères d'évaluation :
Evaluation & Analyse
On tiendra compte :




De l’aptitude à effectuer les branchements
De l'aptitude à effectuer des mesures.
De l’aptitude à effectuer les calculs
De l'autonomie
 Interpréter les relevés de Id par rapport
à In.
 Vérifier la vitesse de rotation d’un
moteur
 Justifier le bon isolement du moteur
 Exploitation des mesures.
 Rôle du variateur de vitesse.
1
Nom :
Classe :
VENTÉLEC
Travaux pratiques
Démarrage par variateur de vitesse "RÉCTIVAR"
I)
Terminale B.E.P. Métiers de
l’Electrotechnique
Description et principe de fonctionnement d’un moteur à courant continu
Ce sont des machines tournantes qui transforment l’énergie électrique continue en énergie mécanique : Ces
moteurs sont des récepteurs.
L’inducteur (ou stator) crée un champ magnétique fixe B. Ce stator peut être à « aimants permanents » ou
constitué (comme sur le schéma) d’électro-aimants.
L’induit (ou rotor) porte des conducteurs parcourus par un courant continu (alimentation du moteur); ces
spires, soumises à des forces (forces dites « de Laplace »), entraînent la rotation du rotor.
Il en résulte une variation du flux du champ magnétique à travers chaque spire ; elle engendre une f.é.m.
qui est « redressée » par l’ensemble {collecteur + balais}.
La valeur moyenne E de cette f.é.m. est proportionnelle à la vitesse angulaire de rotation  du rotor, au
flux maximal du champ magnétique créé par l’inducteur à travers une spire
( = B x S) et à une constante K qui dépend des caractéristiques de la conception du m oteur (nombre de
conducteurs, surface de chaque spire, nombre de paires de pôles….)
E = K. .
 :Vitesse angulaire en rad.s – 1
avec 
N :Vitesse de rotation en
tr/min
 en Wb (webers)
E en V
Lignes de champ
entrefer
Inducteur ( stator )
Induit ( rotor )
4 pôles
Remarque importante :
Si l’inducteur n’est pas « à aimants permanents », l’alimentation de celui-ci aura un impact sur le
champ magnétique donc sur le flux !
Si l'induit présente une f.é.m. E alors qu’il est parcouru par un courant d'intensité I, il reçoit une
puissance électromagnétique Pem.
Le rotor tourne à la vitesse angulaire  de sorte que cette puissance
em
em
s’écrit aussi :
P
Compte tenu de l’expression de la f.é.m. E, on peut écrire :
T em  K..I
 E.I  T .
I en A
Tem en N.m
 en Wb
Pem en W
2
Nom :
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VENTÉLEC
Travaux pratiques
Démarrage par variateur de vitesse "RÉCTIVAR"
II)
Terminale B.E.P. Métiers de
l’Electrotechnique
Principe de fonctionnement du moteur à courant continu
Source de
tension à
courant
continu
Lames de
collecteur
Pôle
NORD de
l’aimant
Circuit magnétique
Bobine du rotor
La circulation du courant dans l’induit provoque un champ magnétique dans la bobine qui se comporte comme un aimant.
Le pôle « sud » de la bobine (rotor), en rouge sur l’image est alors attiré par le pôle nord de l’aimant (stator) et vice versa.
On a donc une rotation du moteur qui se produit grâce à l’interaction des pôles nord du stator et sud du rotor.
Le changement de sens de rotation du moteur à courant continu est obtenu en inversant les polarités de la pile.
3
Nom :
Classe :
VENTÉLEC
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Démarrage par variateur de vitesse "RÉCTIVAR"
III)
Terminale B.E.P. Métiers de
l’Electrotechnique
Moteur à excitation indépendante (quelques formules !)
Ie
1°) Schéma du circuit électrique équivalent.
L’inducteur et l’induit sont alimentés séparément.
UERI
R
I
Ue
U
E
r
Ue  r Ie
inducteur
2°) Quelques remarques sur le fonctionnement.
induit
Pour des conditions d’excitation fixées, le flux  est constant. Dans ce cas, on a :
Tem  k.I
en posant : k = K. 
E  k.
En première approximation, on peut négliger les pertes ; dans ce cas, le couple électromagnétique Tem est
égal au couple utile T u donc au couple résistant T r imposé par la charge.

C’est la charge couplée au moteur qui impose le courant d’induit I.

La vitesse de rotation du moteur est proportionnelle à la tension d’alimentation de l’induit.

Le réglage de la vitesse est indépendant de la charge.
3°) Caractéristique mécanique du moteur.
T u ( en N.m )
Fonctionnement pour une
excitation donnée et fixe
Couple utile
au démarrage
U2>U1
A chaque tension d’induit
correspond une droite dont la
pente ne dépend que de
l’excitation c’est à dire de flux .
U1
n ( en tr.s – 1 )
0
Fonctionnement à
vide Tu = 0N.m et
V = U2 / k
4
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VENTÉLEC
Travaux pratiques
Démarrage par variateur de vitesse "RÉCTIVAR"
Terminale B.E.P. Métiers de
l’Electrotechnique
Examen de deux cas particuliers :
o
 A vide, le couple utile est nul ; l’intensité est nulle et la vitesse à vide est donnée par
V = U / k
Au démarrage : La vitesse de rotation est nulle ; la f.é.m. aussi. L’intensité Id imposée par la charge
est en général, trop importante pour les enroulements de l’induit !
(E= 0 donc Id = U/R (avec E= U + R.I).
Il faut donc démarrer sous tension réduite. (utilisation d’un variateur de vitesse
pour MCC de type « RECTIVAR »).
Intercaler un rhéostat de démarrage dans le circuit.



On limite donc la caractéristique mécanique du moteur à sa partie « utile » qui nous permet de trouver le
point de fonctionnement, en régime permanent, de l’ensemble { moteur + charge }.
Tu
En régime permanent, il y a égalité du couple utile
Tu et du couple résistant Tr imposé par la charge.
T
r
La vitesse de rotation n0 de l’ensemble peut être
déterminée graphiquement.
P
P : point de fonctionnement
nominal.
n0
4°) Bilan de puissance
PUISSANCE ELECTROMAGNETIQUE
EFFET JOULE
inducteur
r Ie2
R I2
P abs
PUISSANCE UTILE
Pu
 = Pu / Pa
induit
PUISSANCE ABSORBEE
p m + P fer =
Pc
PERTES COLLECTIVES
P em
P abs = U e I e + U I
= R.I e
2
Puissance
Puissance
absorbée par
absorbée par l’induit
l’inducteur
p c = Uv.Iv ( essai à vide )
P u = Tu. avec  = T r
P J induit = R I 2
 = 2.n
 en rad/s
n en tr/s
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Nom :
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Démarrage par variateur de vitesse "RÉCTIVAR"
IV)
Terminale B.E.P. Métiers de
l’Electrotechnique
Approche fonctionnelle du banc moto-ventilateur
Energie Electrique
Air ambiant
Réglage du débit
d’air
Air ventilé à
débit contrôlé
RENOUVELER
L’AIR
Banc Moto-ventilateur
V)
Présentation du système VENTÉLEC
PLATINE
VARIATEUR DE
VITESSE ET
BOITIER DE
COMMANDE
MCC
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Nom :
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VENTÉLEC
Travaux pratiques
Démarrage par variateur de vitesse "RÉCTIVAR"
VI)
Terminale B.E.P. Métiers de
l’Electrotechnique
Etude du système VENTÉLEC
1) A partir de la plaque signalétique du moteur, compléter le tableaux ci-dessous.
Relevés
Commentaires / significations
Uinduit (V)
Iinduit (A)
Uexitation (V)
Iexitation (A)
Pu (induit) (W)
Type de moteur
I.P.
2) Le ventilateur doit tourner dans un sens bien défini afin de ventiller à pleine puissance.
Comment dois-je procéder pour inverser le sens de rotation du moteur à courant continu ?
……………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………….
3) Le moteur est à vide lorsque le panneau d’obturation est :



Ouvert
Fermé
4) Le moteur est en charge lorsque le panneau d’obturation est :


Ouvert
Fermé
5) A partir des relevés de la plaque signalétique du moteur, relever la puissance utile et la vitesse
nominale
……………Pu=…………………………………………………………………………………………..
……………N=………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………….
6) Sachant que  = 2..N ( vitesse angulaire en rad/s), calculer le couple utile du moteur.
……………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………. 7
Nom :
Classe :
VENTÉLEC
Démarrage par variateur de vitesse "RÉCTIVAR"
VII)
Terminale B.E.P. Métiers de
l’Electrotechnique
Essais et mesures
a.

Travaux pratiques
Mesures d’isolement
Schéma de principe du MOTO-VENTILATEUR
Le moto-ventilateur est entraîner par un moteur à courant continu. Ce dernier est piloté par un variateur de
vitesse de type « RÉCTIVAR ».
Variateur de
vitesse de type
« RECTIVAR »
Alimentation 230V
monophasé
VARIATEUR
DE VITESSE
Boîtier de commande
équipé d’un potentiomètre
de réglage de la vitesse de
rotation du moteur.
Boitier de
commande
Réducteur
de vitesse
VENTILATEUR
Système
VENTÉLEC
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Nom :
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VENTÉLEC
Démarrage par variateur de vitesse "RÉCTIVAR"
Travaux pratiques
Terminale B.E.P. Métiers de
l’Electrotechnique
Alimentation 230V
monophasé
Alimentation du
circuit inducteur
Information retour
vitesse vers le
variateur
Alimentation du
circuit induit
c) Vérification de la conformité du système « VENTÉLEC ».
Les mesures que vous allez effectuer sont destinées à vérifier la conformité des principales données
électriques figurant dans le « procès verbal d’essais électriques type » du dossier technique.
 On souhaite mesurer :






La tension induit et inducteur.
L’intensité induit et inducteur.
L’intensité de démarrage (utiliser une pince de courant en mode "PEAK ou max")
Les puissance absorbées induit et inducteur (se positionner sur la fonction VA (U x I))
La couple utile (voltmètre en position continu : capteur de couple 50N.m  5V)
La vitesse de rotation (voltmètre en position continu : dynamo tachymétrique)

Câbler le variateur de vitesse, le boîtier de commande et le système « VENTÉLEC »en vous aidant du
schéma ci-dessus. (pour plus de précision sur le câblage, appelez le professeur !)

Brancher le câble d’alimentation 230V monophasé du variateur de vitesse à la prise secteur.

A l’aide du potentiomètre situé sur le boîtier de commande, régler la vitesse de rotation du moteur
pour In = 6,5A.
En présence du professeur, procéder à la mise en
fonctionnement du moteur ; Le moteur fonctionne en charge.
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Nom :
Classe :
VENTÉLEC
Travaux pratiques
Démarrage par variateur de vitesse "RÉCTIVAR"
A remplir par le professeur !!!!
Le montage fonctionne :
Terminale B.E.P. Métiers de
l’Electrotechnique
Oui
Non
1) A l’aide de la pince multifonction, effectuer les différentes mesures et compléter le tableau cidessous. (indiquer l’unité de la grandeur mesurée)
A vide (entraînement du motoventilateur)
En charge(correspond a la
puissance nominale du moteur
Uinduit (V)
Iinduit (A)
Uexcitation (V)
Iexcitation (A)
Pa inducteur (W)
Pa induit (W)
Cu (N.m)
Id (A)
N (Tr.min)
La puissance en courant continu est mesurée sur le calibre VA de la pince
multifonctions car le facteur de puissance n’est pas pris en compte !
d) Etude de la phase de démarrage au point de fonctionnement nominal (In = 6,5A)
 On se propose de déterminer par la mesure :



La valeur du couple Tn (en charge nominale)
La valeur maximale du couple de démarrage Td.
La durée de la phase de démarrage td.
2) A partir du schéma de raccordement (page 11), réaliser le câblage et le paramétrage des différents
appareils de mesures.
3) Positionner le volet de réglage du débit d’air afin d’obtenir les conditions nominales de
fonctionnement du banc moto-ventilateur.
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Nom :
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Terminale B.E.P. Métiers de
l’Electrotechnique
4) Appeler le professeur pour vérifier le montage avant la mise sous tension et pour réaliser les
différents réglages de l’oscilloscope.
A remplir par le professeur !!
Le montage fonctionne : Oui

Non

5) A l’aide de l’oscillogramme du couple utile compléter le tableau de mesures ci dessous et imprimer
la courbe que vous joindrez au TP. Vous indiquerez sur la courbe le couple maximum, le couple nominal
et le temps de démarrage.
*Couple (Nm)
Temps de
démarrage (s)
(mesuré après la
période transitoire)
o
Nominal
o
Max au
démarrage
o
Rapport des
valeurs
mesurées
td=
Td/Tn=
* Effectuer la conversion Volt/Nm. (50 N.m correspond à 5 VCC)

Schéma de raccordement des différents appareils de mesures :
Oscilloscope numérique
Réglage de l’oscilloscope :
mode numérique : ROLL
base de temps T : 500 ms / div
calibre de CH1 : 1V / div
+ Réglage de la
sonde :1/10
Vérification
impérative par le
professeur !!
Sonde
Couple utile du
moteur
-
+
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Démarrage par variateur de vitesse "RÉCTIVAR"
Travaux pratiques
Terminale B.E.P. Métiers de
l’Electrotechnique
6) Exploitation des mesures
1) Comparer les courants de démarrage du moteur en fonctionnement à vide et en charge.
(justifier votre réponse).
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……………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………….
2) A partir des mesures de la page 10, calculer les puissances absorbées par l’induit et l’inducteur et en
déduire la puissance totale.
Ptotale=
…………Pa(induit)=………………………………………………………………………………………
…..……Pa(inducteur)=………………………………………………………………………………………
….
……………………………………………………………………………………………………………
3) Comparer la puissance totale caculée ci-dessus et celle mesurée à la page 10.
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4) En fonctionnement nominal le moteur consomme une puisssance de 1300W, calculer le rendement du
moteur à courant continu.
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…………………………………………………………………………………………………………….
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5) Comparer le couple utile calculé P.7, et le couple utile mesuré en charge P.10.
……………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………….
6) D’après la mesure du courant de démarrage (voir tableau P.11), justifier la valeur de ce dernier et
donner le nom de l’appareil qui permet de limiter le courant pendant le démarrage ?
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Nom :
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Démarrage par variateur de vitesse "RÉCTIVAR"
Travaux pratiques
Terminale B.E.P. Métiers de
l’Electrotechnique
7) Calculer les coefficients multiplicateurs entre Td et Tn (voir page 11) du moteur correspondant à un
fonctionnement en charge et commenter le résultat.
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8) Comparer les vitesses de rotation du moteur (voir P.10) pour un fonctionnnement à vide et en charge.
(Justifier votre réponse !)
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9) Faire une conclusion sur l’intervention (objectifs, cohérence des résultats, difficultés
rencontrées……)
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…………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………….
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