TP Commande Moteur v4 - Moteur stirling au LFM

Nom :
MÉCANIQUE
COMMANDE de MOTEUR CC
Classe :
groupe :
Bases du Comportement d’un Moteur C.C.
Compréhension du Phénomène d’Inertie (lissage).
Apparition d’un Couple en fonctionnement Génératrice.
Durée :
2h30
Pré requis : Cours « Énergie,Puissance »
I/ LE GENERATEUR BASSE FREQUENCE
FREQUENCE
RAPPORT CYCLIQUE
OU
ELECTROTECHNIQUE ISP :
TP3
COMMANDE de MOTEUR CC
Objectifs :
Générateur classique
Générateur de signal Carré sur votre table
Principe
Le Générateur Basse Fréquence (GBF) est un appareil qui fournit de l’électricité (générateur).
Contrairement à une batterie qui possède une tension constante (exemple : 12 volt), le GBF peut avoir
une tension variable (sinusoïdale, carré, dent de scie etc…) à des fréquences pouvant atteindre 20000 Hz
(20000 variations par seconde). De là vient le terme « basse fréquence ».
Exemple d’une tension « carrée » :
Le générateur est à 12 volt pendant 2 ms, puis à 0 volt
pendant 1 ms.
Cela revient à un système qui s’allume puis s’éteint en
alternance.
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Nom :
MÉCANIQUE
COMMANDE de MOTEUR CC
Classe :
groupe :
Durée d’un Cycle
C’est le temps que dure le signal avant de recommencer de manière identique.
Sur le graphe précédent :
T = ...........ms
Fréquence du Cycle
C’est le nombre de fois que le signal peut se répéter en une seconde :
ELECTROTECHNIQUE ISP :
TP3
COMMANDE de MOTEUR CC
Sur le graphe précédent :
On remarque que l’unité Herz est l’inverse de la seconde.
F=
1
≈ ...........Hz
T
Hz = s −1
Rapport Cyclique
Regardons ces 2 signaux carrés :
Gauche
Droite
Les 2 ont la même période (ou même fréquence). Mais le premier s’allume plus longtemps.
On définit le rapport cyclique α comme la
division entre la durée allumée et la période du
cycle (T)
α=
Dallumée
T
C’est un nombre compris entre 0 et 1
Quelle est son unité ?
α en
Calculer le rapport cyclique des 2 signaux :
α gauche = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
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α droite = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
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Nom :
MÉCANIQUE
COMMANDE de MOTEUR CC
Classe :
groupe :
II/ LE MOTEUR à COURANT CONTINU
OU
ELECTROTECHNIQUE ISP :
TP3
COMMANDE de MOTEUR CC
Principe
Le fonctionnement interne de ce moteur et les phénomènes physiques utilisés seront étudiés en cours de
« Physique Appliquée » (1ère STI et surtout STI 3 ElectroTechnique).
Puissance
On voit sur la maquette la différence entre la partie
Commande et la partie opérative (dite de puissance).
Couleur de la Partie COMMANDE : ………………….
Couleur de la Partie PUISSANCE : ……..….………..
Comportement
Ce type de moteur électrique possède de gros défauts (entretien etc…). Son principal avantage est qu’il
est très simple à contrôler. Mais avec les progrès en électrotechnique des 20 dernières années, il est peu à
peu remplacé par les moteurs synchrones et asynchrones.
•
En effet :
Sa VITESSE (N) est directement proportionnelle à la TENSION (U) qu’il reçoit :
•
Sa FORCE (couple C) est directement proportionnelle à l’INTENSITE (I) :
N = K .U
I = K .C
Il suffit tout simplement de faire varier la TENSION
pour faire varier la VITESSE.
Ces Relations permettent une modélisation simple. Il existe des relations plus complexes donnant des résultats plus précis.
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MÉCANIQUE
COMMANDE de MOTEUR CC
Nom :
Classe :
groupe :
Inertie du Moteur
•
Régler le GBF pour avoir un signal carré très lent :
Que fait le Moteur ?
•
ELECTROTECHNIQUE ISP :
Augmenter doucement la fréquence du GBF jusqu’à au moins 100Hz (période du cycle à 10ms)
Que fait le Moteur ?
……………………………………….........…………………….
•
Conclusion :
Lorsque la fréquence devient rapide, le moteur reste à une vitesse ………………
Ce comportement est lié à son inertie mécanique (poids des éléments qui tournent).
Quand la Tension varie trop rapidement, le moteur fait la MOYENNE de la tension.
TP3
COMMANDE de MOTEUR CC
…………………………….
…………………………………………………….
Vous retrouvez le même phénomène avec une voiture : Le moteur thermique donne des
coups de force (explosions successives et rapides). Mais en raison de l’inertie de la voiture et
des pièces en mouvement, la voiture avance à vitesse constante. Après le moteur, il y a un
« volant d’inertie » qui augmente l’inertie :
Contrôler un moteur électrique avec un signal carré rapide est une technique classique car :
•
•
On travaille avec une batterie (tension fixe) et un interrupteur rapide (allumer/éteindre)
Il suffit de faire varier la moyenne de la tension.
Nous allons maintenant regarder comment faire varier la moyenne...
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Nom :
MÉCANIQUE
Classe :
COMMANDE de MOTEUR CC
groupe :
Rapport Cyclique et Moyenne
Le Hacheur possède un potentiomètre permettant de faire varier le
rapport cyclique.
Voici une tension carrée :
Allumée pendant 1ms, éteinte pendant …….. 0ms !!!
Que vaut le rapport cyclique :
α = ⋅⋅⋅⋅
Que vaut la tension moyenne :
U Moy = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
COMMANDE de MOTEUR CC
Mesurez la vitesse du moteur :
(avec un Tachymètre)
Recommencez avec cet autre signal carré :
α = ⋅⋅⋅⋅
U Moy = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
N Moteur = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ tr. min −1
Recommencez avec cet autre signal carré :
α = ⋅⋅⋅⋅
U Moy = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
TP3
ELECTROTECHNIQUE ISP :
N Moteur = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ tr. min −1
N Moteur = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ tr. min −1
SAUREZ VOUS GENERALISER ?
Divisez Nmoteur par Umoy, cela vous donne K. N’oubliez pas l’unité :
K = ………………
Umaxi vaut ici 12 volt. Trouvez la relation entre Umoy, Umaxi et α :
U Moy = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
Ecrire la relation entre Nmoteur, K et Umoy :
N Moteur = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
CONCLUSION :
Avec une tension de 12 volt et un interrupteur qui ouvre et qui ferme
rapidement, on fait varier la tension moyenne et donc la vitesse du Moteur.
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MÉCANIQUE
COMMANDE de MOTEUR CC
Classe :
groupe :
III/ LE FONCTIONEMENT EN DYNAMO
Un moteur électrique peut fonctionner dans les 2 sens.
OU
Prenez un moteur DÉBRANCHÉ.
FAITES TOURNER l’arbre à la main.
Est-ce Difficile ?
□ OUI
□ NON
Moteur avec CHARGE
Prenez un moteur que vous branchez sur une RÉSISTANCE.
FAITES TOURNER l’arbre à la main.
Est-ce plus Difficile qu’à vide ?
□ OUI c’est plus difficile
□ NON c’est moins difficile
□ c’est pareil
Conclusion
Condition
A VIDE
Avec CHARGE
est nulle car les fils ne sont pas
connectés donc pas de courant.
est transmise vers la Résistance qui
va transformer l’énergie en
……………….
P=U.I différent de 0
Sert à s’opposer aux frottements
mais AUSSI à
……………………..…..
…………………………
ELECTROTECHNIQUE ISP :
TP3
COMMANDE de MOTEUR CC
Moteur à VIDE
Schéma
La Puissance électrique…
La Force mécanique que je
fournis avec la main …
P=U.I=0
car i est nul
ne sert qu’à s’opposer aux
frottements dans le moteur donc
quasi nul.
(rien n’est parfait)
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