Locomotive entraînée par 2 M.C.C.

ROUX Jean-Marc
Sciences de l’Ingénieur
Lycée THIERS
Locomotive entraînée par 2 M.C.C.
Niveau : Terminale S SI
Type : T.D.
Durée : 1 h
Chapitre : C.1 La chaîne d’énergie.
Compétences attendues :
- Analyser et déterminer les modes de fonctionnement en déduire le sens de circulation
du flux d’énergie.
Savoirs et savoir-faire associés : ( C.123 Espace de fonctionnement en régime permanent)
- Dans le cas d’un M.C.C. : entraînement et freinage d’une charge, dissipation de
l’énergie, notion de quadrant.
Niveau d’acquisition : 2 ( expression )
Objectifs intermédiaires:
- Identifier les flux d’énergie, leur nature et leurs caractéristique dans les M.C.C.
Acquis préalables : Cours « Machine à courant continu, comportement énergétique ».
PRESENTATION
Une locomotive équipée de 2 moteurs à courant continu tracte une rame de 800 tonnes.
Les 2 moteurs ont les caractéristiques suivantes , données pour un courant inducteur de
650 A :
- In = 1550 A
- Résistance d'induit R = 9 mΩ
- Constante de couple 14,2 Nm/A
- f.e.m. 1,5 V/( tr/mn )
1°) Début du démarrage
On donne au train une accélération qui nécessite pour chaque moteur un important couple
accélérateur : chaque moteur doit fournir un couple de 56 800 Nm .
a) Déterminer le courant de démarrage .
b) Déterminer la tension à appliquer à chaque moteur.
c) Préciser le point de fonctionnement dans les 4 quadrants.
TD 6 MCC locomotive.doc
1/4
ROUX Jean-Marc
Sciences de l’Ingénieur
Lycée THIERS
Correction 1°)
« Début du démarrage »
a)
I = C / K = 56 800 / 14,2 = 4 000 A
C = K.I
Très supérieur au courant nominal, c’est normal au démarrage.
b)
U = E + R.I
E = knΦ ,
au démarrage
n=0
=>
E=0
U = R.I = 0,009 x 4 000 = 36 V
Cela semble peu mais avec 4 000 A cela représente 144 kW.
c)
C
56 800 Nm
n
Caractéristique pour U = 36 V
2°) Poursuite du démarrage
A 10 Km/h la vitesse de rotation de chaque moteur est de 60 tr/mn .
Le couple nécessaire pour lutter contre les frottements ( mécaniques , air ... ) et maintenir
l’accélération constante doit être de 56 856 Nm .
a) déterminer la f.e.m. E .
b) Déterminer le courant nécessaire.
c) Déterminer la tension à appliquer.
d) Préciser le point de fonctionnement dans les 4 quadrants.
Correction 2°)
« Poursuite du démarrage »
a)
E = 1,5 x 60 = 90 V
b)
I = C / K = 56 856 / 14,2 = 4 004 A
c)
U = E + R.I = 90 + 0,009 x 4 004 = 126 V
TD 6 MCC locomotive.doc
2/4
ROUX Jean-Marc
Sciences de l’Ingénieur
d)
Lycée THIERS
C
56 856 Nm
n
60 tr/mn
Caractéristique pour U = 126 V
Le point de fonctionnement se déplace de gauche à droite grâce
à l’accélération fournie par le couple.
3°) Régime établi
La vitesse du train est stabilisée à 120 km/h , on n’accélère plus . Le couple fourni par
chaque moteur doit juste lutter contre les frottements ; il doit être de 8520 Nm .
Reprendre les questions du 2°) .
Correction 3°)
a)
« Régime établi »
Si 10 km/h ↔ 60 tr/mn
=>
120 km/h ↔ 720 tr/mn (x par 12)
E = 1,5 x 720 = 1080 V
b)
I = C / K = 8 520 / 14,2 = 600 A
c)
U = E + R.I = 1080 + 0,009 x 600 = 1085,4 V
d)
C
8 520 Nm
720 tr/mn
n
Caractéristique pour U = 1085,4 V
Le point de fonctionnement ne se déplace plus vers la droite
car le couple fourni lutte juste contre les frottements.
TD 6 MCC locomotive.doc
3/4
ROUX Jean-Marc
Sciences de l’Ingénieur
Lycée THIERS
4°) Freinage
S' apprêtant à traverser une zone à vitesse limitée le train doit diminuer sa vitesse de
120 à 90 km/h en 30 s . Le couple de freinage doit être de - 45 440 Nm
a) En déduire la valeur du courant.
b) En déduire la tension appliquée en début de freinage.
c) Faire apparaître le changement de point de fonctionnement.
Correction 4°)
a)
« Freinage »
I = C / K = - 45 460 / 14,2 = - 3 200 A
Le sens du courant est inversé, la machine fonctionne en
génératrice.
b)
U = E + R.I = 1080 + 0,009 x ( - 3 200 ) = 1051,2 V
c)
C
Caractéristique pour U = 1085,4 V
8 520 Nm
n
720 tr/mn
- 45 440 Nm
Caractéristique pour U = 1051,2 V
Le couple étant désormais négatif la vitesse va diminuer, le
point de fonctionnement va se déplacer vers la gauche.
TD 6 MCC locomotive.doc
4/4