Bases des machines à courant continu

Bases des machines à
courant continu
Livre d’exercices
Avec CD-ROM
L1
N
PE
-T1
-T2
L+
L+
L-
L-
-P1
A1
A2
E2
E1
-M1
M
3600
1/min
n
V
3400
n = f [IE]
3200
3000
2800
2600
2400
2200
2000
1800
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300 mA 330
IE
Festo Didactic
571787 fr
Référence :
571787
Édition :
05/2011
Auteur :
Jürgen Stumpp
Rédaction :
Frank Ebel
Graphisme :
Anika Kuhn, Jürgen Stumpp
Mise en page :
12/2014, Frank Ebel
© Festo Didactic SE, Rechbergstraße 3, 73770 Denkendorf, Allemagne, 2015
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site et à utiliser aussi des éléments du contenu pour la réalisation de son propre matériel de formation
continue du personnel de son site, à condition d'en mentionner la source, et à les dupliquer pour la
formation continue sur le site. Pour les écoles/universités et centres de formation, ce droit d'utilisation
englobe l'utilisation durant les cours par les élèves, stagiaires et étudiants du site.
•
En est exlcu dans tous les cas le droit de publication ainsi que de chargement et d'utilisation sur
intranet ou Internet ou sur plateformes LMS et bases de données telles que Moodle qui permettent à un
grand nombre d'utilisateurs d'y accéder en dehors du site de l'acheteur.
•
Tous les autres droits de transmission, de reproduction, de duplication, d'édition, de traduction, de
microfilmage ainsi que le transfert, le stockage et le traitement intégral ou partiel sur des systèmes
électroniques présupposent l'accord préalable de Festo Didactic.
Table des matières
Usage normal _____________________________________________________________________________ IV
Avant-propos ______________________________________________________________________________ V
Introduction ______________________________________________________________________________ VII
Instructions et consignes de sécurité ________________________________________________________ VIII
Ensemble de formation « Bases des machines à courant continu » ________________________________ IX
Objectifs pédagogiques ______________________________________________________________________ X
Correspondance entre objectifs pédagogiques et travaux pratiques ________________________________ XII
Composants _____________________________________________________________________________ XIV
Notes à l'intention de l'enseignant ou du formateur_____________________________________________ XVI
Structure des travaux pratiques _____________________________________________________________ XVII
Désignation des composants _______________________________________________________________ XVII
Contenu du CD-ROM ______________________________________________________________________ XVIII
Travaux pratiques et corrigés
Aperçu des machines à courant continu _________________________________________________________ 3
TP 1 :
Bases du moteur shunt à courant continu ____________________________________________ 5
TP 2 :
Moteur shunt à courant continu : mesures et calculs en marche à vide et
sous différentes charges _________________________________________________________ 11
TP 3 :
Moteur shunt à courant continu : mesures avec le logiciel DriveLab ______________________ 23
TP 4 :
Bases du moteur série à courant continu ____________________________________________ 37
TP 5 :
Moteur série à courant continu : mesures et calculs en marche à vide et
sous différentes charges _________________________________________________________ 43
TP 6 :
Moteur série à courant continu : mesures avec le logiciel DriveLab ______________________ 53
Travaux pratiques et fiches de travail
Aperçu des machines à courant continu _________________________________________________________ 3
TP 1 : Bases du moteur shunt à courant continu __________________________________________________ 5
TP 2 :
Moteur shunt à courant continu : mesures et calculs en marche à vide et
TP 3 :
Moteur shunt à courant continu : mesures avec le logiciel DriveLab ______________________ 23
TP 4 :
Bases du moteur série à courant continu ____________________________________________ 37
TP 5 :
Moteur série à courant continu : mesures et calculs en marche à vide et
TP 6 :
Moteur série à courant continu : mesures avec le logiciel DriveLab ______________________ 53
sous différentes charges _________________________________________________________ 11
sous différentes charges _________________________________________________________ 43
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III
Usage normal
L'ensemble de formation « Bases des machines à courant continu » ne doit s'utiliser que
•
pour un usage normal, c'est-à-dire dans le cadre de l'enseignement et de la formation, et
•
en parfait état sur le plan de la sécurité.
Les composants de l'ensemble de formation sont construits conformément à l’état de l’art et aux règles
techniques reconnues en matière de sécurité. Une utilisation non conforme peut néanmoins mettre en
danger la vie et la santé de l’utilisateur ou de tiers ainsi qu'affecter l’intégrité des composants.
Le système de formation de Festo Didactic est exclusivement destiné à la formation initiale et continue dans
le domaine de l’automatisation et de la technique. Il incombe à l’établissement de formation et/ou aux
formateurs de faire respecter par les étudiants les consignes de sécurité décrites dans le présent manuel de
travaux pratiques.
Festo Didactic décline par conséquent toute responsabilité pour les dommages causés aux étudiants, à
l’établissement de formation et/ou à des tiers du fait de l'utilisation de ce jeu d’équipement en dehors du
contexte d’une pure formation, à moins que ces dommages ne soient imputables à une faute intentionnelle
ou à une négligence grossière de Festo Didactic.
IV
© Festo Didactic 571787
Avant-propos
Le système de formation « Automatisation et Technique » de Festo Didactic part de différents niveaux
d’accès à la formation et objectifs professionnels. C’est dans cette optique qu'est structuré le système de
formation :
•
ensembles de formation axés sur les technologies ;
•
mécatronique et automatisation industrielle ;
•
automatisation de process et régulation ;
•
Robotique mobile
•
usines-écoles hybrides.
Le système de formation « Automatisation et Technique » fait régulièrement l’objet de mises à jour et
extensions au fil des évolutions enregistrées dans le domaine de la formation et des techniques.
Les ensembles de formation technologique se penchent sur les technologies suivantes : pneumatique,
électropneumatique, hydraulique, électrohydraulique, hydraulique proportionnelle, automates
programmables, capteurs, électricité et actionneurs électriques.
La structure modulaire du système de formation permet de réaliser des applications allant au-delà des
limites des différents ensembles. Par exemple, il est possible de commander par automate programmable
des actionneurs pneumatiques, hydrauliques et/ou électriques.
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V
Tous les ensembles de formation se composent des éléments suivants :
•
matériel
•
médias
•
séminaires.
Matériel
Le matériel des ensembles de formation est constitué de composants industriels et systèmes adaptés à une
approche didactique. Le choix et l'exécution des composants faisant partie des ensembles de formation
sont spécialement adaptés aux projets des médias d'accompagnement.
Médias
Les médias dédiés aux différents domaines de spécialité sont de deux types : didacticiels et logiciels. Les
supports didactiques, axés sur la pratique, comprennent :
•
manuel de cours et manuels d'enseignement (ouvrages standard d'enseignement de connaissances
•
manuels de travaux pratiques (avec explications complémentaires et corrigés types)
•
lexiques, manuels, ouvrages spécialisés (donnant des informations plus détaillées sur des thèmes à
fondamentales)
approfondir)
•
jeux de transparents et vidéos (permettant d'illustrer et de rendre plus vivant l'enseignement)
•
posters (pour la présentation claire de sujets plus complexes)
Dans le domaine du logiciel, des programmes sont disponibles pour les applications suivantes :
•
didacticiels (présentation pédagogique et multimédia de contenus de formation) ;
•
logiciels de simulation ;
•
logiciels de visualisation
•
logiciels de mesure
•
logiciels de conception et de configuration
•
logiciels de programmation d'automates programmables industriels
Les supports destinés aux formateurs et aux étudiants sont disponibles en plusieurs langues. Ils sont
conçus pour l’enseignement, mais se prêtent aussi à l’autoformation.
Séminaires
Un large éventail de séminaires consacrés aux contenus des ensembles de formation complète l’offre de
formation initiale et continue.
Vous avez des suggestions ou des critiques à propos de ce manuel ?
N'hésitez pas à nous en faire part par courriel à : [email protected]
Les auteurs et Festo Didactic vous en remercient d'avance.
VI
© Festo Didactic 571787
Introduction
Le présent manuel de travaux pratiques fait partie du système de formation « Automatisation et Technique »
de la société Festo Didactic. Ce système constitue une solide base de formation initiale et continue axée sur
la pratique. L'ensemble de formation TP 1410 « Servosystème d’entraînement et de freinage » traite des
thèmes suivants :
•
bases des machines à courant continu ;
•
bases des machines à courant alternatif ;
•
bases des machines à courant triphasé.
En technique d'entraînement, les actionneurs à courant continu jouent aujourd'hui un rôle important pour la
réalisation de solutions d'entraînement mobiles. Le manuel de travaux pratiques « Bases des machines à
courant continu » se concentre sur le sujet des actionneurs à courant continu. Les sujets sont d'abord
traités en théorie, les travaux pratiques venant ensuite consolider les acquis. Des projets proches de la
réalité industrielle illustrent la conception des machines mais aussi les montages électriques et les
domaines d'application.
Les conditions techniques nécessaires à la réalisation des montages sont les suivantes :
•
un poste de travail de laboratoire doté d'un cadre A4 ;
•
le jeu d'équipement TP 1410 « Servosystème d’entraînement et de freinage » ;
•
un bloc d'alimentation 0 – 250 V DC, 4 A et 60 – 250 V DC, 1,5 A,
•
une machine shunt à courant continu,
•
une machine série à courant continu,
•
des composants de commande des machines électriques et
•
des câbles de laboratoire sécurisés.
Le jeu d’équipement TP 1410 et les actionneurs à courant continu permettent de réaliser les montages
complets des 6 travaux pratiques.
Des fiches techniques des différents composants (machine shunt à courant continu, machine série à courant
continu, etc.) sont en outre disponibles.
© Festo Didactic 571787
VII
Instructions et consignes de sécurité
Généralités
•
Les étudiants ne doivent travailler sur les montages que sous la surveillance d’une formatrice ou d’un
formateur.
•
Respectez les indications données dans les fiches techniques des différents composants, en particulier
toutes les consignes de sécurité !
•
La formation ne doit être à l'origine d'aucune panne susceptible d'affecter la sécurité ; les pannes
éventuelles doivent être immédiatement éliminées.
Mécanique
•
Montez tous les composants prévus dans le cadre A4.
•
Notez les indications concernant l'implantation des composants.
Electricité
•
Le servosystème d’entraînement et de freinage (banc d'essai de moteurs) ne doit être mis en service
qu'avec un conducteur de protection supplémentaire.
Output
L1
DC+
L2
Input
L3/N
DC-
PE
PE
VIII
•
Reliez toujours le thermocontact du moteur à l'entrée « Moteur ϑ » du banc d'essai.
•
N’effectuez les branchements et débranchements électriques qu’en l’absence de tension !
•
N’utilisez pour les connexions électriques que des câbles de liaison dotés de connecteurs de sécurité.
•
Pour débrancher les cordons de liaison, tirez sur les connecteurs, pas sur les cordons.
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Ensemble de formation « Bases des machines à courant continu »
Cette partie de l'ensemble de formation TP 1410 a pour objet les bases des machines à courant continu.
Certains composants de l'ensemble de formation TP 1410 peuvent également faire partie d’autres
ensembles.
Composants importants du TP 1410
•
Poste de travail bien stable à cadre A4
•
Jeux d’équipement ou composants isolés (moteur shunt à courant continu, moteur série à courant
continu)
•
Câbles de laboratoire sécurisés
•
Équipements complets de laboratoire
Médias
Les médias associés à l'ensemble de formation TP 1410 comprennent des manuels de travaux pratiques.
Les manuels de travaux pratiques contiennent les fiches de travail de chacun des TP, le corrigé de chaque
fiche de travail et un CD-ROM. Ce dernier comporte un jeu de fiches de TP et de fiches de travail prêtes à
l'emploi.
Des fiches techniques des composants matériels sont mises à disposition avec l'ensemble de formation.
Médias
Manuel de travaux
Bases des machines à courant continu
pratiques
Bases des machines à courant alternatif
Bases des machines à courant triphasé
Didacticiels
WBT Actionneurs électriques 1
WBT Actionneurs électriques 2
Aperçu des supports associés à l'ensemble de formation TP 1410
Le logiciel disponible pour l'ensemble de formation TP 1410 comprend les didacticiels « Actionneurs
électriques 1 » et « Actionneurs électriques 2 ». Ces didacticiels abordent en détail les bases des
actionneurs électriques. Les contenus sont abordés à la fois du point de vue systématique et en référence
aux applications, sous la forme d'exemples pratiques.
Vous trouverez d’autres moyens de formation dans nos catalogues et sur Internet. Le système de formation
« Automatisation et Technique » fait régulièrement l’objet de mises à jour et extensions. Les jeux de
transparents, films, CD-ROM, DVD et didacticiels ainsi que les autres ressources sont proposés en plusieurs
langues.
© Festo Didactic 571787
IX
Objectifs pédagogiques
Bases des machines à courant continu – Moteur shunt à courant continu
•
Connaître le principe du moteur à courant continu.
•
Connaître les résistances ohmiques de l'enroulement d'induit et de l'enroulement d'excitation du
moteur shunt.
•
Savoir évaluer les valeurs de résistance de l'enroulement d'induit et de l'enroulement d'excitation.
•
Connaître la désignation des enroulements des machines à courant continu.
•
Connaître la signification des chiffres qui succèdent aux lettres dans la désignation des enroulements.
•
Savoir définir le sens de rotation des machines à courant continu.
•
Connaître la cause du courant élevé à la mise en marche du moteur à courant continu.
•
Connaître la commande de fréquence de rotation du moteur à courant continu.
•
Connaître le montage de mesure pour la mise en service du moteur shunt à courant continu.
•
Connaître la signification des indications de la plaque signalétique du moteur.
•
Savoir mettre un moteur shunt à courant continu en service.
•
Connaître les valeurs de marche à vide du moteur comparées aux valeurs de la plaque signalétique.
•
Connaître la corrélation entre fréquence de rotation et tension d'induit.
•
Connaître la représentation graphique de la fréquence de rotation en fonction de la tension d'induit.
•
Connaître la corrélation entre fréquence de rotation et courant d'excitation.
•
Connaître la représentation graphique de la fréquence de rotation en fonction du courant d'excitation.
•
Connaître le montage de mesure du comportement du moteur en fonctionnement.
•
Connaître le déroulement des mesures et calculs requis.
•
Connaître la représentation graphique des caractéristiques de charge.
•
Savoir analyser les courbes caractéristiques.
Bases des machines à courant continu – Moteur série à courant continu
•
•
Savoir ce qu'est un moteur série.
Connaître les résistances ohmiques de l'enroulement d'induit et de l'enroulement d'excitation du
moteur série.
•
Savoir évaluer les valeurs de résistance de l'enroulement d'induit et de l'enroulement d'excitation.
•
Connaître le courant de démarrage du moteur sans dispositif de démarrage.
•
Connaître le problème du moteur série en marche à vide.
•
Connaître le problème du moteur série lors du couplage à une machine de travail.
•
Connaître les effets du courant de mise en marche élevé sur la fréquence de rotation et le couple du
moteur.
X
•
Connaître un usage fréquent du moteur série et la raison de cet usage.
•
Connaître le montage de mesure pour la mise en service du moteur série à courant continu.
•
Savoir mettre un moteur série à courant continu en service.
•
Connaître la corrélation entre fréquence de rotation et tension d'induit.
•
Connaître la représentation graphique de la fréquence de rotation en fonction de la tension d'induit.
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•
Connaître le montage de mesure du comportement du moteur en fonctionnement.
•
Connaître le déroulement des mesures et calculs requis.
•
Connaître la représentation graphique des caractéristiques de charge.
•
Savoir analyser les courbes caractéristiques.
•
Savoir utiliser le système servomoteur-frein et le logiciel DriveLab.
•
Savoir raccorder et mettre en service le moteur avec le système servomoteur-frein et le logiciel
Mise en œuvre du servosystème d’entraînement et de freinage et du logiciel DriveLab
DriveLab.
•
Connaître l'interface de programmation du logiciel DriveLab.
•
Savoir sélectionner et modifier des grandeurs à mesurer sur l'axe X et l'axe Y.
•
Savoir adapter la couleur et le style des courbes de mesure.
•
Savoir régler la fréquence de rotation et le couple sur l'ordinateur.
•
Savoir préparer et lancer une mesure sur l'ordinateur.
•
Savoir ajouter un nouveau moteur à la bibliothèque des moteurs.
•
Savoir enregistrer et documenter des caractéristiques de charge par l'ordinateur.
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XI
Correspondance entre objectifs pédagogiques et travaux pratiques
TP
1
2
3
4
5
6
Objectif pédagogique
Connaître le principe du moteur à courant continu.
Connaître les résistances ohmiques de l'enroulement d'induit et de l'enroulement d'excitation
du moteur shunt.
Savoir évaluer les valeurs de résistance de l'enroulement d'induit et de l'enroulement
d'excitation.
•
•
Connaître la désignation des enroulements des machines à courant continu.
•
Connaître la signification des chiffres qui succèdent aux lettres dans la désignation des
enroulements.
•
Savoir définir le sens de rotation des machines à courant continu.
•
Connaître la cause du courant élevé à la mise en marche du moteur à courant continu.
•
Connaître la commande de fréquence de rotation du moteur à courant continu.
•
Connaître le montage de mesure pour la mise en service du moteur shunt à courant continu.
•
Connaître la signification des indications de la plaque signalétique du moteur.
•
Savoir mettre un moteur shunt à courant continu en service.
•
Connaître les valeurs de marche à vide du moteur comparées aux valeurs de la plaque
signalétique.
Connaître la corrélation entre fréquence de rotation et tension d'induit.
Connaître la représentation graphique de la fréquence de rotation en fonction de la tension
d'induit.
XII
•
•
•
•
Connaître la corrélation entre fréquence de rotation et courant d'excitation.
•
Connaître la représentation graphique de la fréquence de rotation en fonction du courant
d'excitation.
•
Connaître le montage de mesure du comportement du moteur en fonctionnement.
•
Connaître le déroulement des mesures et calculs requis.
•
Connaître la représentation graphique des caractéristiques de charge.
•
Savoir analyser les courbes caractéristiques.
•
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TP
1
2
3
4
5
6
Objectif pédagogique
Savoir utiliser le banc d'essai et le logiciel DriveLab.
Connaître le raccordement et la mise en service du moteur shunt à courant continu avec le banc
d'essai et le logiciel DriveLab.
•
•
•
Connaître le raccordement et la mise en service du moteur série à courant continu avec le banc
•
d'essai et le logiciel DriveLab.
Connaître l'interface de programmation du logiciel DriveLab.
•
•
Savoir sélectionner et modifier des grandeurs à mesurer sur l'axe X et l'axe Y.
•
•
Savoir adapter la couleur et le style des courbes de mesure.
•
•
Savoir régler la fréquence de rotation et le couple sur l'ordinateur.
•
•
Savoir préparer et lancer une mesure sur l'ordinateur.
•
•
Savoir ajouter un nouveau moteur à la bibliothèque des moteurs.
•
•
Connaître la corrélation entre fréquence de rotation et tension d'induit.
•
Savoir enregistrer et documenter des caractéristiques de charge par l'ordinateur.
•
•
Savoir ce qu'est un moteur série.
•
Connaître les résistances ohmiques de l'enroulement d'induit et de l'enroulement d'excitation
du moteur série.
•
Savoir évaluer les valeurs de résistance de l'enroulement d'induit et de l'enroulement
d'excitation.
•
Connaître le courant de démarrage du moteur sans dispositif de démarrage.
•
Connaître le problème du moteur série en marche à vide.
•
Connaître le problème du moteur série lors du couplage à une machine de travail.
•
Connaître les effets du courant de mise en marche élevé sur la fréquence de rotation et le
couple du moteur.
•
Connaître un usage fréquent du moteur série et la raison de cet usage.
•
Connaître le montage de mesure pour la mise en service du moteur série à courant continu.
•
Savoir mettre un moteur série à courant continu en service.
•
Connaître la corrélation entre fréquence de rotation et tension d'induit.
•
Connaître la représentation graphique de la fréquence de rotation en fonction de la tension
d'induit.
•
Connaître le montage de mesure du comportement du moteur en fonctionnement.
•
Connaître le déroulement des mesures et calculs requis.
•
Connaître la représentation graphique des caractéristiques de charge.
•
Savoir analyser les courbes caractéristiques.
•
© Festo Didactic 571787
XIII
Composants
Les composants de l'ensemble de formation « Bases des machines à courant continu » dispensent des
connaissances sur la structure, le raccordement et les domaines d'application des machines à courant
continu. La réalisation de montages opérationnels exige en outre un poste de travail de laboratoire, équipé
en option d'un cadre A4, le jeu de composants TP 1410 « Servosystème d’entraînement et de freinage »,
une alimentation en tension continue de 250 V et des organes de commande des machines électriques.
Jeu de composant TP 1410 « Servosystème d’entraînement et de freinage »
Composant
Référence
Quantité
Servosystème d’entraînement et de freinage
571870
1
Composant
Référence
Quantité
Machine shunt à courant continu
571868
1
Machine série à courant continu
571869
1
Composant
Référence
Quantité
Alimentation triphasée EduTrainer
571812
1
Bloc d'alimentation 24 V EduTrainer
571813
1
Platine de contacteurs EduTrainer
571814
1
Jeu de contacteurs motorisation
571816
1
Panneau de commande et de signalisation EduTrainer
571815
1
Machines électriques « Bases des machines à courant continu »
Organes de commande des machines électriques
XIV
© Festo Didactic 571787
Symboles graphiques du jeu d'équipement
Composant
Symbole graphique
Machine shunt à courant continu
M
Machine série à courant continu
M
© Festo Didactic 571787
XV
Notes à l'intention de l'enseignant ou du formateur
Objectifs pédagogiques
L'objectif général du présent manuel de travaux pratiques est de faire connaissance avec les bases des
machines à courant continu. Cette interaction directe entre théorie et pratique est le garant de progrès
rapides et durables. Les objectifs pédagogiques spécifiques sont documentés dans la matrice, Des objectifs
pédagogiques plus concrets sont affectés à chaque travail pratique.
Temps alloué
Le temps nécessaire à la réalisation d’un TP dépend des connaissances préalables de l'étudiant. Étudiants
des métiers de l'électricité : 3 jours environ. Ouvriers professionnels : 1 jour environ.
Composants
Manuel de travaux pratiques et composants sont harmonisés. Pour les TP 1 à 3, vous avez besoin d'un
moteur shunt à courant continu. Pour les TP 4 à 6, vous avez besoin d'un moteur série à courant continu.
Normes
Le présent manuel de travaux pratiques applique les normes suivantes :
EN 60617-2 à
EN 60617-8 :
EN 81346-2 :
Symboles graphiques pour schémas
Systèmes industriels, installations et appareils, et produits industriels ;
principes de structuration et désignations de référence
Repérage des corrigés
Le texte des corrigés et les compléments donnés dans les graphiques ou diagrammes sont repérés en
rouge.
Repérage dans les fiches de travail
Les textes à compléter sont repérés par des lignes ou des cases grisées dans les tableaux.
Les graphiques à compléter sont sur fond tramé.
Notes à l'intention de l'enseignant
Des informations complémentaires sont ici données sur les différents composants et circuits ou montages.
Ces indications ne figurent pas dans les fiches de travail.
Corrigés
Les corrigés indiqués dans le présent manuel de travaux pratiques sont le résultat de mesures effectuées
lors d'essais. Les résultats de vos mesures peuvent différer de ces valeurs.
XVI
© Festo Didactic 571787
Structure des travaux pratiques
Les 6 travaux pratiques ont la même structure méthodologique. Ils se divisent en :
•
Titre
•
Objectifs pédagogiques
•
problème
•
schéma d'implantation
•
commande de projet ;
•
aides
•
fiches de travail
Le manuel de travaux pratiques contient le corrigé de chacune des fiches de travail.
Désignation des composants
La désignation des composants représentés dans les schémas s'inspire de la norme EN 81346-2. Des lettres
sont attribuées en fonction du composant. Les composants existant en plusieurs exemplaires dans un
circuit sont numérotés en continu.
Relais:
-K, -K1, -K2, …
Interrupteurs/Boutons-poussoirs :
-S, -S1, -S2, …
Contacteurs :
-Q, -Q1, -Q2, …
Fusibles :
-F, -F1, -F2, ...
Auxiliaires de signalisation :
-P, -P1, -P2, ...
© Festo Didactic 571787
XVII
Contenu du CD-ROM
Le manuel de travaux pratiques figure sous forme de fichier pdf sur le CD-ROM fourni. Celui-ci met en outre
à votre disposition d'autres supports.
Le CD-ROM comporte les dossiers suivants :
•
Notices d'utilisation
•
Illustrations
•
fiches techniques.
Notices d'utilisation
Des notices d’utilisation sont ici disponibles pour différents composants de l'ensemble de formation. Elles
aident à mettre en service et à utiliser les composants.
Illustrations
Des photos et graphiques de composants et applications industrielles sont ici fournis. Ils vous permettent
d’illustrer vos propres travaux pratiques. Les présentations de projets peuvent également être complétées
par utilisation de ces illustrations.
Fiches techniques
Les fiches techniques des composants de l'ensemble de formation sont ici disponibles sous forme de
fichiers pdf.
XVIII
© Festo Didactic 571787
Table des matières
Travaux pratiques et corrigés
Aperçu des machines à courant continu _________________________________________________________ 3
TP 1 :
Bases du moteur shunt à courant continu ____________________________________________ 5
TP 2 :
Moteur shunt à courant continu : mesures et calculs en marche à vide et
TP 3 :
Moteur shunt à courant continu : mesures avec le logiciel DriveLab ______________________ 23
TP 4 :
Bases du moteur série à courant continu ____________________________________________ 37
TP 5 :
Moteur série à courant continu : mesures et calculs en marche à vide et
TP 6 :
Moteur série à courant continu : mesures avec le logiciel DriveLab ______________________ 53
sous différentes charges _________________________________________________________ 11
sous différentes charges _________________________________________________________ 43
© Festo Didactic 571787
1
2
© Festo Didactic 571787
Aperçu des machines à courant continu
© Festo Didactic 571787
3
4
© Festo Didactic 571787
TP 1
Bases du moteur shunt à courant continu
Objectif pédagogique
Lorsque vous aurez fait ce TP, vous
•
connaîtrez la structure d'un moteur à courant continu.
•
connaîtrez le principe du moteur à courant continu.
•
connaîtrez les résistances ohmiques de l'enroulement d'induit et de l'enroulement d'excitation du
moteur shunt.
•
saurez évaluer les valeurs de résistance de l'enroulement d'induit et de l'enroulement d'excitation.
•
connaîtrez la désignation des enroulements des machines à courant continu.
•
connaîtrez la signification des chiffres qui succèdent aux lettres dans la désignation des enroulements.
•
saurez définir le sens de rotation des machines à courant continu.
•
connaîtrez la cause du courant élevé à la mise en marche du moteur à courant continu.
•
connaîtrez la commande de fréquence de rotation du moteur à courant continu.
Énoncé du problème
Un apprenti, en fin de deuxième année de formation, est chargé du contrôle de réception des moteurs
électriques livrés.
Après avoir lui avoir donné des instructions détaillées, le formateur lui confie un moteur à courant continu à
contrôler. Les résultats du contrôle doivent être consignés dans un procès-verbal.
Nota
Le moteur ne sera pas mis en service dans ce TP !
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5
TP 1 – Bases du moteur shunt à courant continu
Travaux à exécuter
1. Décrivez le principe d'un moteur à courant continu.
2. Mesurez avec un ohmmètre les résistances ohmiques de l'enroulement d'induit et de l'enroulement
d'excitation.
3. Analysez les valeurs de résistance des enroulements d'induit et d'excitation du moteur shunt.
4. Affectez à chaque enroulement la désignation qui convient.
5. Expliquez ce que signifient les chiffres qui succèdent aux lettres dans la désignation des enroulements.
6. Comment peut-on définir le sens de rotation d'un moteur à courant continu ?
7. Expliquez pourquoi un moteur à courant continu consomme un courant relativement élevé au moment
de la mise en marche.
8. Dites comment on peut faire varier la fréquence de rotation du moteur à courant continu.
9. Expliquez à quoi servent les pôles de commutation sur un moteur à courant continu.
Ressources
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•
Manuels de cours, mémentos
•
Extraits de catalogues de fabricants
•
Fiches techniques
•
Internet
•
WBT Actionneurs électriques 1
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TP 1 – Bases du moteur shunt à courant continu
1. Principe du moteur à courant continu.
–
Décrivez le principe d'un moteur à courant continu.
Le principe du moteur à courant continu est celui du conducteur, parcouru par un courant, qui est
placé dans un champ magnétique. Le conducteur parcouru par un courant est l'induit et le champ
magnétique est généré par l'enroulement d'excitation.
Sur les petits moteurs, le champ magnétique peut être généré par un aimant permanent, sur les gros
moteurs il est généré par un électroaimant (enroulement d'excitation).
2. Résistances de l'enroulement d'induit et de l'enroulement d'excitation
Information
Les résistances ohmiques de l'enroulement d'induit et de l'enroulement d'excitation jouent un rôle
important pour la bonne compréhension du fonctionnement d'un moteur shunt.
–
Mesurez avec un ohmmètre les valeurs demandées dans le tableau.
R [Ω]
Enroulement d'induit
11
Enroulement d'excitation
595
3. Analyse des valeurs de résistance des enroulements d'induit et d'excitation du moteur shunt
–
Analysez les valeurs de résistance mesurées de l'enroulement d'induit et de l'enroulement d'excitation.
Enroulement d'induit
Valeur de la résistance : 11 Ω
Analyse
La résistance de l'induit est relativement faible.
Le courant de démarrage élevé qui en résulte doit par conséquent être réduit au démarrage par une
mesure appropriée (redresseur piloté, convertisseur direct de courant continu, modulation de largeur
d'impulsion, méthode obsolète du démarreur). En fonctionnement, la tension opposée produite
maintient le courant à un niveau défini.
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TP 1 – Bases du moteur shunt à courant continu
Enroulement d'excitation
Valeur de la résistance : 595 Ω
Analyse
La résistance de l'enroulement d'excitation est relativement élevée.
L'enroulement d'excitation doit posséder une telle résistance (nombreuses spires, fil d'enroulement
de faible diamètre) étant donné qu'en service, l'enroulement est à la tension nominale du circuit de
courant continu (220 V) et qu'en courant continu seule la résistance du cuivre (résistance ohmique) de
l'enroulement est effective.
4. Désignation des enroulements des machines à courant continu
–
Complétez le tableau par les désignations requises.
Enroulement
Désignation
Enroulement d'induit :
montage en dérivation
montage en série
A1 – A2
A1 – A2
Enroulement d'excitation :
montage en dérivation
montage en série
E1 – E2
D1 – D2
Enroulement de compensation
1C1 – 1C2
Enroulement de commutation
1B1 – 1B2
Désignation des enroulements des machines à courant continu
5. Signification des chiffres qui succèdent aux lettres dans la désignation des enroulements
–
Expliquez ce que signifient les chiffres qui succèdent aux lettres dans la désignation des enroulements
Les chiffres qui succèdent aux lettres dans la désignation des enroulements indiquent le début (1) et
la fin (2) de l'enroulement.
Si le courant circule dans tous les enroulements de 1 vers 2, alors le moteur tourne vers la droite.
Si le sens de circulation du courant est inversé dans un enroulement (de 2 vers 1), alors le moteur
tourne vers la gauche.
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TP 1 – Bases du moteur shunt à courant continu
6. Sens de rotation d'un moteur à courant continu
a) Définissez le sens de rotation par des flèches de courant dans les enroulements (rotation à droite,
rotation à gauche).
b) Décrivez par quel moyen on peut inverser en pratique le sens de rotation.
En pratique, l'inversion du sens de rotation des moteurs à courant continu s'obtient par l'inversion du
courant dans l'induit(A1 – A2).
Sur les moteurs à pôle de commutation, on veillera à inverser également les pôles de commutation
(1B1 – 1B2).
7. Courant à la mise en marche du moteur à courant continu
–
Expliquez pourquoi le moteur à courant continu ne peut pas être connecté directement au réseau de
courant continu.
Le couple développé par le moteur à courant continu provient de la force générée par un conducteur
parcouru par du courant, placé dans un champ magnétique (le champ magnétique peut être celui d'un
aimant permanent ou d'un électroaimant).
La rotation de l'induit dans le champ magnétique induit dans l'enroulement d'induit une tension
opposée à la tension du réseau.
Tant que l'induit est immobile, cette tension opposée est nulle. Au moment de la mise en marche,
seule la résistance ohmique de l'enroulement d'induit est effective et celle-ci est très faible. Pour
éviter un courant excessif à la mise en marche, il faut donc prévoir des mesures propres à le limiter.
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TP 1 – Bases du moteur shunt à courant continu
8. Variation de la fréquence de rotation sur moteur à courant continu
On distingue deux domaines de réglage pour commander les moteurs à courant continu :
1. au-dessous de la fréquence de rotation nominale
2. au-dessus de la fréquence de rotation nominale
a) Indiquez comment régler une fréquence de rotation inférieure à la fréquence nominale.
Une fréquence de rotation inférieure à la fréquence nominale se règle par réduction de la tension
d'induit à une valeur située entre zéro et la tension nominale (méthode obsolète du démarreur).
b) Indiquez comment régler une fréquence de rotation supérieure à la fréquence nominale.
Sauf indications particulières du constructeur relatives à la variation de fréquence, on veillera à ce que
la fréquence de rotation commandée ne dépasse pas de plus de 10% la fréquence de rotation
nominale.
Une fréquence de rotation supérieure à la fréquence nominale s'obtient par réduction du courant
d'excitation. On réduit pour ce faire la tension d'excitation (méthode obsolète du rhéostat
d'excitation).
9. Signification des pôles de commutation sur moteur à courant continu
–
À quoi servent les pôles de commutation sur les moteurs à courant continu ?
Les pôles de commutation sont de petits pôles magnétiques auxiliaires.
Les pôles de commutation génèrent un champ magnétique opposé à celui du champ transversal
d'induit et, s'ils sont correctement dimensionnés, annulent le décalage du champ transversal de
réaction d'induit.
Le champ transversal d'induit étant fonction du courant de charge, le champ magnétique des pôles de
commutation doit également être rendu dépendant du courant de charge. C'est pourquoi
l'enroulement d'induit et l'enroulement de commutation sont montés en série.
Les pôles de commutation annulant le champ transversal d'induit dans la zone neutre, ils empêchent
dans une large mesure la formation d'étincelles lors de l'inversion du courant.
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Table des matières
Travaux pratiques et fiches de travail
Aperçu des machines à courant continu _________________________________________________________ 3
TP 1 :
Bases du moteur shunt à courant continu ____________________________________________ 5
TP 2 :
Moteur shunt à courant continu : mesures et calculs en marche à vide et
TP 3 :
Moteur shunt à courant continu : mesures avec le logiciel DriveLab ______________________ 23
TP 4 :
Bases du moteur série à courant continu ____________________________________________ 37
TP 5 :
Moteur série à courant continu : mesures et calculs en marche à vide et
TP 6 :
Moteur série à courant continu : mesures avec le logiciel DriveLab ______________________ 53
sous différentes charges _________________________________________________________ 11
sous différentes charges _________________________________________________________ 43
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Nom: __________________________________
Date: ____________
1
2
Nom: __________________________________
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Aperçu des machines à courant continu
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Nom: __________________________________
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3
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TP 1
Bases du moteur shunt à courant continu
Objectif pédagogique
Lorsque vous aurez fait ce TP, vous
•
connaîtrez la structure d'un moteur à courant continu.
•
connaîtrez le principe du moteur à courant continu.
•
connaîtrez les résistances ohmiques de l'enroulement d'induit et de l'enroulement d'excitation du
moteur shunt.
•
saurez évaluer les valeurs de résistance de l'enroulement d'induit et de l'enroulement d'excitation.
•
connaîtrez la désignation des enroulements des machines à courant continu.
•
connaîtrez la signification des chiffres qui succèdent aux lettres dans la désignation des enroulements.
•
saurez définir le sens de rotation des machines à courant continu.
•
connaîtrez la cause du courant élevé à la mise en marche du moteur à courant continu.
•
connaîtrez la commande de fréquence de rotation du moteur à courant continu.
Énoncé du problème
Un apprenti, en fin de deuxième année de formation, est chargé du contrôle de réception des moteurs
électriques livrés.
Après avoir lui avoir donné des instructions détaillées, le formateur lui confie un moteur à courant continu à
contrôler. Les résultats du contrôle doivent être consignés dans un procès-verbal.
Nota
Le moteur ne sera pas mis en service dans ce TP !
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Travaux à exécuter
1. Décrivez le principe d'un moteur à courant continu.
2. Mesurez avec un ohmmètre les résistances ohmiques de l'enroulement d'induit et de l'enroulement
d'excitation.
3. Analysez les valeurs de résistance des enroulements d'induit et d'excitation du moteur shunt.
4. Affectez à chaque enroulement la désignation qui convient.
5. Expliquez ce que signifient les chiffres qui succèdent aux lettres dans la désignation des enroulements.
6. Comment peut-on définir le sens de rotation d'un moteur à courant continu ?
7. Expliquez pourquoi un moteur à courant continu consomme un courant relativement élevé au moment
de la mise en marche.
8. Dites comment on peut faire varier la fréquence de rotation du moteur à courant continu.
9. Expliquez à quoi servent les pôles de commutation sur un moteur à courant continu.
Ressources
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TP 1 – Bases du moteur shunt à courant continu
1. Principe du moteur à courant continu.
–
Décrivez le principe d'un moteur à courant continu.
2. Résistances de l'enroulement d'induit et de l'enroulement d'excitation
Information
Les résistances ohmiques de l'enroulement d'induit et de l'enroulement d'excitation jouent un rôle
important pour la bonne compréhension du fonctionnement d'un moteur shunt.
–
Mesurez avec un ohmmètre les valeurs demandées dans le tableau.
R [Ω]
Enroulement d'induit
Enroulement d'excitation
3. Analyse des valeurs de résistance des enroulements d'induit et d'excitation du moteur shunt
–
Analysez les valeurs de résistance mesurées de l'enroulement d'induit et de l'enroulement d'excitation.
Enroulement d'induit
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Enroulement d'excitation
4. Désignation des enroulements des machines à courant continu
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Complétez le tableau par les désignations requises.
Enroulement
Désignation
Enroulement d'induit :
montage en dérivation
montage en série
Enroulement d'excitation :
montage en dérivation
montage en série
Enroulement de compensation
Enroulement de commutation
Désignation des enroulements des machines à courant continu
5. Signification des chiffres qui succèdent aux lettres dans la désignation des enroulements
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Expliquez ce que signifient les chiffres qui succèdent aux lettres dans la désignation des enroulements
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6. Sens de rotation d'un moteur à courant continu
a) Définissez le sens de rotation par des flèches de courant dans les enroulements (rotation à droite,
rotation à gauche).
b) Décrivez par quel moyen on peut inverser en pratique le sens de rotation.
7. Courant à la mise en marche du moteur à courant continu
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Expliquez pourquoi le moteur à courant continu ne peut pas être connecté directement au réseau de
courant continu.
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8. Variation de la fréquence de rotation sur moteur à courant continu
On distingue deux domaines de réglage pour commander les moteurs à courant continu :
1. au-dessous de la fréquence de rotation nominale
2. au-dessus de la fréquence de rotation nominale
a) Indiquez comment régler une fréquence de rotation inférieure à la fréquence nominale.
b) Indiquez comment régler une fréquence de rotation supérieure à la fréquence nominale.
9. Signification des pôles de commutation sur moteur à courant continu
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À quoi servent les pôles de commutation sur les moteurs à courant continu ?
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