Chapitre 10 _ mcc série

Cours 10
Terminale GET
Chapitre 10 : Machine à courant continu
à excitation série
I / définition
1. symbole
2. relations classiques
a) fém induite
b) couple électromagnétique
3. schéma équivalent
4. expression de la vitesse
II / fonctionnement sous tension constante
1. TP sur feuille
2. vitesse de rotation
3. couple
a) démarrage
b) Tem = f ( I )
4. caractéristique mécanique
III / fonctionnement à I constant
IV / bilan de puissance
M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95)
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I / Définitions
1. symbole
L’inducteur et l’induit sont en série :
M
U
ou
U
M
inducteur
induit
2. relations classiques
a) fém induite
E en V
E = K.Ф.Ω
Ω en rad.s-1
Ф flux inducteur créé par le courant I.
Donc , lorsque la machine n’est pas saturée, Ф=k.I
D’où :
⇔
E = K. k.I.Ω
E = ĸ.I.Ω
b) couple électromagnétique
Tem = K.Ф.I
donc, de même, en non saturé,
Tem = ĸ.I ²
3. schéma équivalent
Rt = R + r
R
r
E
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I
où R : résistance de l’induit
r : résistance de l’inducteur
U
U = E + Rt.I ⇔ U = E + ( R+ r ).I
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4. Expression de la vitesse
U = E + Rt.I = K.Ф.Ω + Rt.I
D’où :
Ω=
U - Rt.I
K.Ф
Si la machine n’est pas saturée :
Ω=
U - Rt.I
ĸ.I
Remarque : Dès que I est faible, Ω devient très grand ; donc on démarre ce moteur en charge
pour éviter l’emballement.
II / Fonctionnement sous tension constante
1. TP sur feuille
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TP sur feuille
1. Préparation
I
+
inducteur
A
Tu
U
•
•
•
Tr
Frein à
poudre
M
On peut régler le frein à poudre et mesurer Tu ; I ; U ; n.
On veut : tracer n=f(I) ; Tu=f(I) ; Tu=f(n) pour U=UN.
plaque signalétique du moteur : 250V ; 1,2A ; 1500tr/min ;180W.
a) compléter le schéma du montage en y insérant le voltmètre permettant de mesurer U.
b) Compléter le protocole :
1 câbler le montage
démarrage 2 on met une charge (frein à poudre : Tr )
…………………………………………………………………………
3 augmenter U depuis 0V jusqu’à U=UN = 250V…………………
4 Régler…le frein à poudre……pour obtenir la valeur de I souhaitée.
Réajuster, si nécessaire, la valeur de U.
5 Noter les valeurs de …TU……… ;……n…….. ;……I……..
6 Pour obtenir d’autres points de fonctionnement, agir sur la valeur
de…Tr (frein à poudre)…………………
7 On peut, sans risque pour le moteur, faire varier I jusqu’à
…1,2……….fois IN.
8 ……on baisse U jusqu'à l’éteindre
…………………………………………………………………………
Arrêt
9 Mettre le frein hors service en réglant Tr=………0………….N.m
2. Mesures
A U=140V, les mesures donnent :
Tu
1,06
0,92
0,8
0,58
0,42
0,3
0,24
0,18
0,12
0,08
0,04
0,03
0,02
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
750
760
770
826
885
940
989
1069
1135
1223
1346
1600
1800
N.m
I
A
n
tr/min
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Tracer les courbes Tu=f(I) et n=f(I) puis Tu=f(n)
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2. vitesse de rotation
Ω
on a :
Ω=
U - Rt.I
hyperbole
ĸ.I
saturation
I
•
alimenté sous tension nominale, un moteur série ne doit jamais fonctionner à vide car
si I→0 (T→0) alors Ω→∞
•
à la saturation (pour I grand) Ф = cste alors : Ω =
U - Rt.I
affine Ω = U - α.I (droite décroissante)
K.Ф
est une fonction
3. couple
a) démarrage
au démarrage, Td > TN : démarrage en charge possible.
Donc fort appel de courant au démarrage, Id > IN
Remarque : le moment du couple de démarrage d’un moteur série est supérieur à celui
d’un moteur à excitation indépendante.
b) Tem = f ( I )
Sous tension constante, la charge impose un
couple résistant donc un courant T= ĸ.I ²
Tem
Tem
Tu
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Tem= ĸ.I ²
donc parabole jusqu’à la saturation
Tem= KФI
dès lors
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I
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4. caractéristique mécanique
T
Ω
saturation
Sans la saturation :
T= ĸ.I ²
I=
Avec saturation :
U
donc T =
ĸU²
hyperbole
(ĸ Ω + Rt)²
ĸ Ω + Rt
T= KФI
U- KФΩ
I=
Rt
donc T =
KФU-(KФ)²Ω
Rt
Droite
décroissante
III / Fonctionnement à I constant
Donc à flux constant
•
E = KФΩ = ĸ Ω
proportionnel à la vitesse
•
Ω = E / ĸ = (U-RtI)/ ĸ
fonction affine
•
Tem= ĸ.I
constant
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Ω
U
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IV / Bilan de puissance
Pc = Tc.Ω
Pem = EI
Pa
= UI
Pu = Tu.Ω
PJ =Rt I²
η=
Pu
Pa
EI - Pc
UI – Rt I² -Pc
=
=
UI
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UI
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TP sur feuille
3. Préparation
I
+
inducteur
A
Tu
U
•
•
•
Tr
Frein à
poudre
M
On peut régler le frein à poudre et mesurer Tu ; I ; U ; n.
On veut : tracer n=f(I) ; Tu=f(I) ; Tu=f(n) pour U=UN.
plaque signalétique du moteur : 250V ; 1,2A ; 1500tr/min ;180W.
a) compléter le schéma du montage en y insérant le voltmètre permettant de mesurer U.
b) Compléter le protocole :
1 câbler le montage
démarrage 2 …………………………………………………………………………
……………………………………………………………………..
3 augmenter U depuis 0V jusqu’à U=…………………………………
4 Régler……………………………pour obtenir la valeur de I
souhaitée. Réajuster, si nécessaire, la valeur de U.
5 Noter les valeurs de
……………… ;……………….. ;………………..
6 Pour obtenir d’autres points de fonctionnement, agir sur la valeur
de……………………………………………………
7 On peut, sans risque pour le moteur, faire varier I jusqu’à
………………….fois IN.
8 …………………………………………………………………………
Arrêt
………………………………………………………………………
9 Mettre le frein hors service en réglant Tr=……………………….N.m
4. Mesures
A U=140V, les mesures donnent :
Tu
1,06
0,92
0,8
0,58
0,42
0,3
0,24
0,18
0,12
0,08
0,04
0,03
0,02
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
750
760
770
826
885
940
989
1069
1135
1223
1346
1600
1800
N.m
I
A
n
tr/min
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Tracer les courbes Tu=f(I) et n=f(I) puis Tu=f(n)
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