TP 14 - Site de cours en électrotechnique et en génie électrique de

TP N° 14 : La génératrice à courant
continu
DÉROULEMENT DE LA SÉANCE
TITRE
ACTIVITÉS PROF
ACTIVITÉS ÉLÈVES
MOYEN
DURÉE
-
Fin du T.P. { 4 heures}
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Tableau de comité de lecture
Date de lecture
4 mars 2004
Lecteurs
CROCHET David
Observation
Première écriture et réaménagements mineurs
Remarques rédacteur
Date modifications
4 mars 2004
Quote of my life :
Fournir ma contribution aux autres est ma philosophie.
Et la vôtre ?
Si vous avez lu ce T.P. et que vous avez des remarques à faire, n'hésiter pas et écrivez-moi à l'adresse suivante :
E-Mail :
Ce dossier contient :
Adresse Professionnel :
[email protected]
Professeur de Génie électrique
Lycée Jean GUEHENNO
• Un dossier élève (pages 4 à -)
Rue pierre Huet
• Un dossier prof (pages - à - )
61105 FLERS
• Un dossier ressource (page - à -)
(Adresse valable jusqu'au 30/06/2004)
• Un transparent (page - )
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TP N° 14
La génératrice à Courant Continu
Niveau : Tale BEP ELEC
Lieu : Salle de mesure
Durée : 4 heures
Organisation : groupe ½ classe, travail par binôme
LIAISON AU RÉFÉRENTIEL
•
PRÉ-REQUIS
Les élèves doivent être capables :
OBJECTIFS
Les élèves devront être capables de :
NIVEAU D'APPRENTISSAGE
-
Apprendre à (savoir intégré)
Apprendre à (savoir actif)
MÉTHODE
-
Active
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EP3 – MESURES ET ESSAIS
B.E.P. ELEC
MESURES ET ESSAIS
DOSSIER PÉDAGOGIQUE
TP N° 14
L a G én ér a t r i c e à
courant continu
Objectif :
- Étudier la caractéristique de rendement de la génératrice à courant continu
-
Matériel :
- 1 centrale de mesure électrique
- 1 Ampèremètre
- 1 Voltmètre
- 1 Wattmètre
- 1 MAS
Documents :
- Formulaire
- Cours de techno-schéma
- Cours de mesures et essais
Secteur : Salle de mesure et d'essais
Durée : 4 heures
Nom, Prénom :
Classe, Groupe :
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TP 14 - Étude de la génératrice à courant continu
1. Partie Théorique : Machines tournantes à courant alternatif
Un moteur asynchrone triphasé couplé en étoile sur un réseau triphasé 230/400 V
50 Hz, absorbe un courant de 25 A par phase.
Les caractéristiques nominales du moteur sont :
- Résistance d'un enroulement : 0,25 Ω
- n = 970 min-1
- Pertes fer = 380 W
- Pertes mécaniques = 400 W
- cos ϕ = 0,82
- Pertes joules rotor = 401 W
1.1. Calculer le glissement (g)
1.2. Calculer la puissance active absorbée (Pa)
1.3. Calculer la puissance perdue par effet joule dans le stator (Pjs)
1.4. Calculer la puissance utile (Pu)
1.5. Calculer le rendement (η)
1.6. Calculer le couple utile
2. Partie théorique : Étude d'une bobine de contacteur
2.1. Compléter le schéma ci dessous (reproduire le schéma sur la copie) afin de
pouvoir mesurer le courant absorbé par la bobine du contacteur et la tension
aux bornes de la bobine du contacteur.
A1
24 V ~
50 Hz
A2
2.2. Reproduire le tableau ci-dessous sur votre copie et compléter ce tableau
Calibre Échelle
30 V 30 div.
V~
k
Lecture
24 div.
U [V]
Calibre Échelle
1 A 100 div.
A~
k
Lecture
58 div.
I [A]
Page 5 sur 19
2.3. Calculer l'impédance de la bobine d'après les valeurs lues dans le tableau
2.4. Pour mesurer la résistance de cette bobine, donner la nature du courant et de la
tension à utiliser.
2.5. Reproduire le tableau ci-dessous sur votre copie et compléter ce tableau
V……… (à compléter)
Calibre Échelle
k
Lecture
2 V 100 div.
50 div.
U [V]
A……… (à compléter)
Calibre Échelle
k
Lecture
1 A 100 div.
52 div.
I [A]
2.6. Déterminer la valeur de la résistance d'après les valeurs lues dans le tableau
2.7. Calculer le facteur de puissance de cette bobine
3. Partie théorique : Moteur à excitation shunt
Un moteur à excitation shunt (excitation dérivation) fonctionne sous une tension
de 230 V et fournit une puissance utile de 15 kW en régime établi
3.1. Représenter le schéma de câblage et y indiquer les grandeurs électriques
mesurées.
3.2. Calculer l'intensité du courant absorbé par ce moteur sachant qu'il a un
rendement global de 0,84
3.3. Calculer les pertes par effet joules dans l'inducteur (Pe) sachant que cela
représente 4 % de la puissance absorbée.
3.4. Calculer l'intensité du courant dans l'inducteur.
3.5. Calculer la résistance de l'inducteur
3.6. Calculer l'intensité du courant dans l'induit
3.7. Calculer les pertes par effet joules dans l'induit sachant qu'elles sont égales à 5
% de la puissance absorbée
3.8. Calculer la résistance de l'induit
3.9. Calculer la résistance à monter en série avec le moteur afin que l'intensité au
démarrage (le moteur ne tourne pas) ne dépasse pas les 75 A.
4. Partie pratique : Étude en charge de la génératrice à courant continu.
Nous allons étudier le comportement de la génératrice à courant continu
lorsqu'elle débite sur une charge résistive.
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4.1. Montage
MAS
3~
DT
Nm
G
4.2. Reproduire le montage en y ajoutant les appareils de mesure afin de mesurer :
- La puissance active absorbée par le moteur asynchrone (Pmas)
- Le courant absorbé par le moteur asynchrone (Imas)
- La tension que l'on fournit au moteur asynchrone (Umas)
- Le courant fournit à la résistance de charge (Ich)
- Le courant absorbé par le circuit inducteur (Ie)
- La tension fournit par la génératrice à courant continu (Uch)
4.3. Préparer le tableau de mesure fourni afin de relevez toutes les caractéristiques
possibles :
Imas
Umas
Pmas
Pmec
ηmas
cos ϕmas
Ie
Ich
Uch
Pch
ηgéné
ηmontage
Avec :
- cos ϕmas étant le facteur de puissance du moteur asynchrone (Imas, Umas, Pmas)
- Pmec étant la puissance mécanique du montage
- ηmas étant le rendement du moteur asynchrone (Pmec, Pmas)
- Pch étant la puissance absorbée par la charge (Ich, Uch)
- ηgéné étant le rendement de la génératrice (Pmec, Ie, Uch, Pch)
- ηmontage étant le rendement global de notre montage (Pmas, Pch)
4.4. Indiquer pour les 6 caractéristiques ci-dessus, la formule qui sera appliquée
4.5. Réaliser le montage ci-dessus (pensez à bien organiser votre montage),
sachant que pour la partie alternative, on utilisera la pince énergiemètre
multifonction, et pour la partie continue le module Modélec ou appareil de
mesure traditionnel.
4.6. Présenter votre montage ainsi que votre méthode de mesure (qui mesure quoi
et qui note)
4.7. Effectuer vos mesures (faire varier la résistance de charge) sachant qu'il ne
faudra pas dépasser 120 % de la caractéristique nominale du montage. C'est à
dire, que pour chaque caractéristique relevée, on arrête dès que le premier à
atteint les 120 % du nominal
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4.8. Tracer les caractéristiques :
- ηmas, ηgéné et ηmontage en fonction de Pch sur une même courbe.
- Ich et Imas en fonction de Pch sur une même courbe.
4.9. Commenter vos courbes et expliquer vos observations.
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Imas
Umas
Pmas
cos ϕmas
ηmas
Pmec
Ie
Ue
I
U
PUgéné
ηgéné
ηmontage
[A]
Formules utilisées :
- cos ϕmas =
- ηgéné =
- ηmas =
- ηmontage =
- PUgéné =
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1
Rendement d'un moteur asynchrone triaphsé
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0.65
0.55
0.5
0.45
Rendement
0.6
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
Puissance absorbée
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200
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EP3 – MESURES ET ESSAIS
B.E.P. ELEC
MESURES ET ESSAIS
DOSSIER PROFESSEUR
TP N° 14
L a G én ér a t r i c e à
courant continu
Objectif :
- Étudier la caractéristique de rendement de la génératrice à courant continu
-
Matériel :
- 1 centrale de mesure électrique
- 1 Ampèremètre
- 1 Voltmètre
- 1 Wattmètre
- 1 MAS
Documents :
- Formulaire
- Cours de techno-schéma
- Cours de mesures et essais
Secteur : Salle de mesure et d'essais
Durée : 4 heures
Nom, Prénom :
Classe, Groupe :
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TP 14 - Étude de la génératrice à courant continu
1. Partie Théorique : Machines tournantes à courant alternatif
Un moteur asynchrone triphasé couplé en étoile sur un réseau triphasé 230/400 V
50 Hz, absorbe un courant de 25 A par phase.
Les caractéristiques nominales du moteur sont :
- Résistance d'un enroulement : 0,25 Ω
- n = 970 min-1
- Pertes fer = 380 W
- Pertes mécaniques = 400 W
- cos ϕ = 0,82
- Pertes joules rotor = 401 W
1.1. Calculer le glissement (g)
g=
n n − n 1000 − 970
=
= 0,03
nn
1000
g=3%
1.2. Calculer la puissance active absorbée (Pa)
Pa = 3 U I cos ϕ = 3 × 400 × 25 × 0,82 = 14,2.103
Pa = 14,2 kW
1.3. Calculer la puissance perdue par effet joule dans le stator (Pjs)
Pjs =
3
3
r.I = 2 × 0,25 × 25² = 469
2
2
Pjs = 469 W
1.4. Calculer la puissance utile (Pu)
Pu = Pa – Pjs – Pjr – Pf – Pm = 14,2.103 – 469 – 401 – 380 – 400 = 12,6.103
Pu = 12,6 kW
1.5. Calculer le rendement (η).
η=
Pu 12,6.103
=
= 0,887
Pa
14,2.103
η = 88,7 %
Page 12 sur 19
1.6. Calculer le couple utile
Pu = C.Ω Î C =
Pu Pu 12,6.103
= =
= 124
Ω πn π × 970
30
30
C= 124 Nm
2. Partie théorique : Étude d'une bobine de contacteur
2.1. Compléter le schéma ci dessous (reproduire le schéma sur la copie) afin de
pouvoir mesurer le courant absorbé par la bobine du contacteur et la tension
aux bornes de la bobine du contacteur.
A
A1
24 V ~
50 Hz
V
A2
2.2. Reproduire le tableau ci-dessous sur votre copie et compléter ce tableau
Calibre Échelle
30 V 30 div.
V~
k
1
Lecture
24 div.
U [V]
24
Calibre Échelle
1 A 100 div.
A~
k
0,01
Lecture
58 div.
I [A]
0,58
2.3. Calculer l'impédance de la bobine d'après les valeurs lues dans le tableau
Z=
U
24
=
=41,4
I
580.10 -3
Z = 41,4 Ω
2.4. Pour mesurer la résistance de cette bobine, donner la nature du courant et de la
tension à utiliser.
Tension et courant continu
2.5. Reproduire le tableau ci-dessous sur votre copie et compléter ce tableau
V- (à compléter)
Calibre Échelle
k
Lecture
2 V 100 div. 0,02 50 div.
U [V]
1
A - (à compléter)
Calibre Échelle
k
Lecture
1 A 100 div. 0,01 52 div.
I [A]
0,52
2.6. Déterminer la valeur de la résistance d'après les valeurs lues dans le tableau
R=
U
1
=
= 1,92
I
520.10 -3
Page 13 sur 19
R = 1,92 Ω
2.7. Calculer le facteur de puissance de cette bobine
cos ϕ =
R 1,92
=
= 0,0465
Z
41,4
cos ϕ = 0,0465
3. Partie théorique : Moteur à excitation shunt
Un moteur à excitation shunt (excitation dérivation) fonctionne sous une tension
de 230 V et fournit une puissance utile de 15 kW en régime établi
3.1. Représenter le schéma de câblage et y indiquer les grandeurs électriques
mesurées.
Ie
I
A
U
V
A
M
3.2. Calculer l'intensité du courant absorbé par ce moteur sachant qu'il a un
rendement global de 0,84
Pu = η Pa Î Pa =
Pu 15.103
=
= 17,9.103
η
0,84
Pa = 17,9 kW
3.3. Calculer les pertes par effet joules dans l'inducteur (Pe) sachant que cela
représente 4 % de la puissance absorbée.
Pe = 4%.Pa =
4
17,9.103 = 714
100
Pe = 714 W
3.4. Calculer l'intensité du courant dans l'inducteur.
Pe = Ue Ie Î Ie =
Pe
714
=
=3,11
Ue
230
Ie = 3,11 A
Page 14 sur 19
3.5. Calculer la résistance de l'inducteur
Ue = Re Ie Î Re =
230
Ue
=
= 74,1
Ie
3,11
Re = 74,1 Ω
3.6. Calculer l'intensité du courant dans l'induit
Pinduit = Pa – Pe = UI Î I =
Pa - Pe 17,9.103 - 714
=
=74,7
U
230
I = 74,7 A
3.7. Calculer les pertes par effet joules dans l'induit sachant qu'elles sont égales à 5
% de la puissance absorbée
Pj = 5% Pa =
5
17,9.103 = 895
100
Pj = 895 W
3.8. Calculer la résistance de l'induit
Pj = RI² Î R =
Pj
I
2
=
895
=160.10-3
2
74,7
R = 160 mΩ
3.9. Calculer la résistance à monter en série avec le moteur afin que l'intensité au
démarrage (le moteur ne tourne pas) ne dépasse pas les 75 A.
U = E + (R + rd) I Î rd =
U−E
230 − 0
-R =
-160.10-3 = 2,91
I
75
Rd = 2,91 Ω
4. Partie pratique : Étude en charge de la génératrice à courant continu.
Nous allons étudier le comportement de la génératrice à courant continu
lorsqu'elle débite sur une charge résistive.
Page 15 sur 19
4.1. Montage
MAS
3~
DT
Nm
G
4.2. Reproduire le montage en y ajoutant les appareils de mesure afin de mesurer :
- La puissance active absorbée par le moteur asynchrone (Pmas)
- Le courant absorbé par le moteur asynchrone (Imas)
- La tension que l'on fournit au moteur asynchrone (Umas)
- Le courant fournit à la résistance de charge (Ich)
- Le courant absorbé par le circuit inducteur (Ie)
- La tension fournit par la génératrice à courant continu (Uch)
4.3. Préparer le tableau de mesure fourni afin de relevez toutes les caractéristiques
possibles :
Imas
Umas
Pmas
Pmec
ηmas
cos ϕmas
Ie
Ich
Uch
Pch
ηgéné
ηmontage
Avec :
- cos ϕmas étant le facteur de puissance du moteur asynchrone (Imas, Umas, Pmas)
- Pmec étant la puissance mécanique du montage
- ηmas étant le rendement du moteur asynchrone (Pmec, Pmas)
- Pch étant la puissance absorbée par la charge (Ich, Uch)
- ηgéné étant le rendement de la génératrice (Pmec, Ie, Uch, Pch)
- ηmontage étant le rendement global de notre montage (Pmas, Pch)
4.4. Indiquer pour les 6 caractéristiques ci-dessus, la formule qui sera appliquée
4.5. Réaliser le montage ci-dessus (pensez à bien organiser votre montage),
sachant que pour la partie alternative, on utilisera la pince énergiemètre
multifonction, et pour la partie continue le module Modélec ou appareil de
mesure traditionnel.
4.6. Présenter votre montage ainsi que votre méthode de mesure (qui mesure quoi
et qui note)
4.7. Effectuer vos mesures (faire varier la résistance de charge) sachant qu'il ne
faudra pas dépasser 120 % de la caractéristique nominale du montage. C'est à
dire, que pour chaque caractéristique relevée, on arrête dès que le premier à
atteint les 120 % du nominal
Page 16 sur 19
4.8. Tracer les caractéristiques :
- ηmas, ηgéné et ηmontage en fonction de Pch sur une même courbe.
- Ich et Imas en fonction de Pch sur une même courbe.
4.9. Commenter vos courbes et expliquer vos observations.
Page 17 sur 19
Imas
Umas
Pmas
cos ϕmas
ηmas
Pmec
Ie
Ue
I
U
PUgéné
ηgéné
ηmontage
[A]
Formules utilisées :
- cos ϕmas =
- ηgéné =
- ηmas =
- ηmontage =
- PUgéné =
Page 18 sur 19
1
Rendement d'un moteur asynchrone triaphsé
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0.65
0.55
0.5
0.45
Rendement
0.6
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
Puissance absorbée
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200
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