LVH 16-17 TP de Physique, série 1 TP2 : ASSERVISSEMENT DE VITESSE D’UN MOTEUR A COURANT CONTINU PSI Maquette Didalab I) MATERIEL : Alimentation, hacheur. Ensemble électromécanique comprenant sur le même arbre : 2 machines à courant continu identiques (à inducteur séparé) plus une petite machine (qu’on notera GST) pour mesurer la vitesse de rotation. - La GST est une petite machine synchrone à aimants permanents, délivrant une tension alternative de fréquence et d’amplitude de tension proportionnelles à . Grâce à un détecteur de crête, on peut obtenir une R1 C1 tension continue proportionnelle à la vitesse de rotation : VDétec = VDétec GST (ici : = 0,0241V.s.rad-1 ). R1 = 100kΩ et C1 = 8 µF. - L’une des 2 machines à courant continu sera utilisée en moteur. - L’autre ne sera pas toujours connectée et le moteur sera alors dit « à vide » puisqu’il n’aura pas de charge mécanique. Lorsqu’elle sera utilisée, elle fonctionnera en génératrice et sera connectée à une résistance dans laquelle elle dissipera de l’énergie. Le moteur sera alors dit « en charge ». Remarque générale : Sur le boîtier du hacheur, figure sur fond bleu en haut à gauche un cadre intitulé « commande ». Dans ce cadre on trouve : - un potentiomètre pour le réglage du rapport cyclique, - un potentiomètre pour le réglage de la fréquence de hachage, - un comparateur et des fiches « banane ». En reliant a à d et b à c (fils croisés !!), le réglage du rapport cyclique du hacheur s’effectue à l’aide du potentiomètre. Pour un contrôle électrique de à l’aide d’une tension externe, il faut appliquer une tension continue comprise entre 0 et 10V entre la borne d et la borne noire « 0V », et laisser b relié à c. Utilisation du moteur et de la génératrice : Ce sont des machines à excitation séparée, donc il faut alimenter l’inducteur avec une tension continue Uem = 24 V. Attention : ne jamais couper cette excitation pendant que le moteur tourne, sinon il s’emballe !!! II) REGULATION DE VITESSE : 1°) Fonction de transfert de l’ensemble moteur + hacheur : La tension moyenne appliquée au moteur à la sortie du hacheur est donnée par Um = Vc où Vc est la tension de commande externe du Boîtier Hacheur Didalab hacheur comprise entre 0 et 10 V, appliquée entre A (rouge) la borne verte d (dans le cadre bleu) et la borne C (jaune) noire 0V en haut à génératrice gauche. 24V 24V R' On a = 2,4 . On note R la résistance 24V interne du moteur et de la moteurL G (bleu) génératrice, et R’ la résistance sur laquelle est E (bleu) branchée la génératrice noir (voir schéma plus loin). Chaque machine a un moment d’inertie J/2, et une constante interne 0. On admet que l’équation mécanique et les 2 équations électriques du problème conduisent à l’équation différentielle : d 0 Vc JR(R R' ) avec 2 . dt JR 0 (2R R' ) Ainsi, en notation de Laplace, la fonction de transfert en boucle ouverte du moteur s’écrit : H1 ( p ) ( p ) K1 ( R R ') avec K1 . Vc ( p) 1 p 0 (2 R R ') En réalité, puisque l’information vitesse n’est disponible qu’à travers la machine synchrone associée au détecteur de crête, il est plus intéressant de définir directement la fonction de transfert H 2 ( p ) VDétec ( p ) K2 avec Vc ( p ) 1 p K2 = K1 . 2°) Montage : -15 Eteindre tous les 0 appareils puis +15 compléter le montage en réalisant le circuit ci-dessus (partie 24V puissance). La résistance R’ est un rhéostat de puissance de 10. Elle ne sera pas moteur toujours connectée à la génératrice. Relier e à f1 et e à f 2. Relier le générateur de rampe à c (donc b à c). R2 A l’aide d’une maquette à ALI, réaliser le montage ci-contre R 1 (partie commande) On prendra pour commencer R1 = 1k et R2 = 2k. V Détec Ne pas oublier d’alimenter l’ALI en +15, -15 et 0. + Vc est la tension de commande du hacheur : la sortie de l’ALI Vc R1 R2 est donc à connecter sur la borne verte d du comparateur du V ref boîtier du hacheur. Prendre pour Vref un géné BF en mode continu dont la borne de masse sera reliée à la masse du circuit à ALI. Placer un voltmètre numérique aux bornes de ce GBF pour contrôler la consigne de vitesse Vref. Montrer que le schéma bloc du système se ramène à celui ci R2 + contre (R2/R1 est un « correcteur proportionnel ») : V Détec Vref H2(p) R Etablir l’expression de la fonction de transfert en boucle 1 fermée H 3 ( p) VDétec ( p) Vref ( p) 3°) Etude du fonctionnement : Laisser le moteur à vide (R’ débranchée). Alimenter le boîtier du hacheur en +15, -15 et 0. Alimenter les inducteurs des 2 machines à courant continu en 24V (une alim. Peut suffire pour les deux à condition que le bouton « 5A » soit enfoncé). Après avoir ramené le potentiomètre de l’alim. sur 0, allumer celle-ci. Enfoncer le bouton « 5A ». Faire croître sa tension jusqu’à 24 V. Partir de Vref = 0 puis l’amener jusqu’à 9 V. Mesurer VDétec puis connecter R’ (=environ 5) et mesurer l’erreur statique en régime permanent. Recommencer (sans, puis avec R’) pour R2 = 4,7 k et conclure. On revient à R2 = 2 k. Prendre pour Vref une tension en créneau variant entre 7V et 9V, avec une période de 2 secondes. A l’aide de l’oscilloscope numérique ou d’un ordinateur, enregistrer à la fois V ref et VDétec et mesurer le temps de réponse à 95% du système bouclé. Recommencer pour R2 = 4,7 k. Conclure (en s’appuyant sur l’étude théorique).