Etude comparative des moteurs à excitation série et séparée

Chapitre B.2.2.Machine à courant continu
TP n°2 Etude comparative des moteurs à excitation série et séparée et détermination des pertes constantes
1°) But:
Comparer les caractéristiques n ( I ) à U = Cste et T ( n ) à U = Cste d'un moteur à
excitation série et d'un moteur à excitation séparée et déterminer les pertes dites collectives,
2°) Matériel:
Banc moteur 300 W + frein à poudre + génératrice tachymétrique
Alimentation(s) continue(s) 0-250 V, Systèmes Modméca et Modélec.
Montages:
Placer la commande de couple du Modméca sur la position Tmanuel.
3°) Mesures
3.1) Moteur à excitation séparée
Vérifier que l'inducteur n'est pas coupé et alimenter cet inducteur sous la
tension nominale.
Fixer la tension d'induit à 150 V et veiller à ce qu'elle reste constante lors
de chaque mesure.
a) Le frein à poudre tient lieu de charge mécanique variable, commandable ici à
l’aide du Modméca. Pourquoi le fait de modifier le couple résistant imposé
par le frein à poudre, joue-t-il sur le courant appelé dans l’induit du moteur ?
b) Rappeler la valeur de IN et de IexN d’après la plaque signalétique.
c) Faire varier le courant d'induit I de 0 à IN et relever pour chaque valeur de I,
(6 ou 7 mesures), la vitesse de rotation du groupe, ainsi que le moment du
couple moteur. Faire un tableau de mesure.
d) Tracer les caractéristiques n = f ( I ) et T ( n ) à U = Cste.
Bernaud J
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TP n°2 Etude comparative des moteurs à excitation série et séparée et détermination des pertes constantes
3.2) Moteur à excitation série
Fixer la tension aux bornes du moteur à 120 V et veiller à ce qu'elle reste
constante lors de chaque mesure.
a) Rappeler la valeur de IN et de IexN d’après la plaque signalétique.
b) Faire varier le courant d'induit de 25% à 125% de IN. En ajustant, la valeur
de la tension d'induit à 120 V, faire une lecture de l'intensité du courant
d'induit, du moment du couple moteur ainsi que celle de la vitesse (6 ou 7
mesures).
c) Tracer les caractéristiques n = f ( I ) et T ( n ) à U = Cste.
4°) Exploitation des résultats
a) Comparer les caractéristiques n (I) des deux moteurs.
Déterminer la vitesse des deux machines à vide. Conclure.
b) Comparer les caractéristiques T (n) des deux machines. Conclure.
c) Que peut-on dire, lorsque l'on compare les caractéristiques T (n) et n (I) du moteur à
excitation séparée? Justifier.
d) On admet que le moteur à excitation séparée fonctionne en inducteur saturé (Φ = Cste
quelque soit Iex). Nous avons alors les relations E = k.n et Tem = (k/(2.π)).I. On admet que le
moteur à excitation série fonctionne en régime linéaire (Φ = k I). Nous avons alors les relations
E = k I n et Tem = (k/ (2π))I2 .
Etablir, dans ces conditions, l'expression théorique des caractéristiques T (n) à U = Cste et
n ( I ) à U = Cste de chaque moteur.
e) Expliquer ce qui se passe si l'on travaille en saturation avec le moteur à excitation
série ( Φ = Cste quelque soit I ). Que deviennent les caractéristiques n (I) et T (n)? Comment se
comporte alors le moteur série?
g) Pourquoi fonctionne-t-on en régime de saturation sur le moteur à excitation séparée
ste
(Φ = C quelque soit Iex )?
5°) Détermination des pertes dites constantes
Elle se fera par la méthode des pertes séparées, dans les mêmes conditions de flux et de
vitesse que pour l'essai en charge dont on désire connaître le rendement.
a) Mesure de la résistance de l’induit par la méthode voltampèremètrique.
b) Quelle relation y-a-t-il entre Tr et Tu, en régime permanent ?
Que veut dire fonctionnement à vide dans ce cas là, quelles sont, alors, les grandeurs nulles ?
Expliciter le bilan de puissance à l’induit du moteur, lors du fonctionnement à vide.
c) Calculer EN du moteur avec valeurs nominales donnés par plaque signalétique.
Lors de l'essai à vide, régler U aux bornes de l'induit égale à cette valeur, régler Iex pour avoir nN.
Pour ce fonctionnement, calculer le rendement du moteur.
d) Pour la fréquence de rotation variant de 0 à 1500 tr.min-1 et avec Iex =Cste, relever les
valeurs de I et de U en partant de la valeur calculée au c).
Faire un tableau de variation de U,I et n
Bernaud J
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TP n°2 Etude comparative des moteurs à excitation série et séparée et détermination des pertes constantes
Dans Synchronie saisir ces différentes valeurs, dans la feuille de calcul chercher les valeurs de
Pc et Tp. Tracer Pc(n) et Tp(n).
Comparer la valeur des pertes collectives à la puissance absorbée par l’induit à vide.
Conclure sur ce que l’on mesure pratiquement quand on mesure la puissance absorbée par
l’induit dans l’essai à vide.
e)Des propositions faites, laquelle vous paraît la plus juste ?
*Pc indépendantes de la vitesse de rotation du moteur : Pc = Cte
*Pc proportionnelles à la vitesse de rotation du moteur : Pc = KΩ.
*Pc de la forme AΩ + BΩ 2 .
A compléter:
L’essai à vide correspond à la situation où la puissance ..................est ............... Par
conséquent il ................de charge accouplée avec le moteur
Les pertes collectives sont...................... de la fréquence de rotation . Leurs variations sont de
la forme Pc=.........
Le moment du couple de pertes est...................... de la fréquence de rotation . Ses variations
sont de la forme Tp=.........
f) Justifier pourquoi cette méthode est valable pour les deux types d'excitation?
Bernaud J
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