T.PN°1: MOTEUR A COURANT CONTINU A EXCITATION …

1 - 1 - 1: MOTEUR A COURANT CONTINU A EXCITATION INDEPENDANTE ET A EXCITATION SERIE I - But : Etudier le MOTEUR COURANT CONTINU respectivement EXCITATION ind pendante et EXCITATION s rie, Relever les caract ristiques lectriques et lectromagn tiques des deux II- Rappel th orique : II-1-Constitution Le r le du circuit magn tique est de canaliser le flux produit par les enroulements inducteurs support s par les p les principaux (stator), de fa on ce qu'il englobe un maximum de conducteurs de l'induit (rotor).Voici une coupe transversale d un MOTEUR COURANT CONTINU aimant permanant : Le rotor tourne dans un champ magn tique fixe: il doit tre feuillet pour limiter les pertes par hyst r sis et courants de Foucault (t les en acier au silicium, isol es les unes des autres). II-2-Principe de fonctionnement Un MOTEUR COURANT CONTINU comporte deux parties : le stator, partie fixe, constitu par un aimant ou un lectroaimant appel galement inducteur qui cr e un champ magn tique dirig vers l'axe du rotor.

2 - 2 - Le rotor, partie mobile, appel galement induit, constitu par un cylindre d'acier doux la p riph rie duquel sont dispos s des conducteurs reli s aux lames du collecteur sur lesquelles frottent deux charbons, ou balais, qui assurent la liaison avec les bornes du MOTEUR . Lorsque les conducteurs sont parcourus par un COURANT , ils sont soumis des forces F1 et F2 qui tendent faire tourner le rotor. Le collecteur permet d'inverser le sens du COURANT dans les conducteurs lorsque ceux-ci passent le plan vertical. Ainsi le sens du couple des forces F1 et F2 et donc le sens de rotation du MOTEUR est conserv . II-3-Conversion d nergie Le fonctionnement du MOTEUR COURANT CONTINU est contraire celui d une g n ratrice COURANT CONTINU . II-4-Sch ma lectrique et quation de fonctionnement d un MOTEUR EXCITATION ind pendante Dans les applications comportant des machines COURANT CONTINU aliment es par des variateurs lectroniques, on utilise essentiellement des machines EXCITATION ind pendante et des machines s ries (ces derni res, surtout en traction).

3 La machine EXCITATION ind pendante ( ) est caract ris e par le fait que sont COURANT d EXCITATION est fix par un circuit ext rieur. - 3 - En r gime permanent tabli, u = U et i = I En supposant que le MOTEUR est parfaitement compens , les quations de fonctionnement sont les suivantes : U = Ec(Ie,I) + . avec U: tension d alimentation E : force contre lectromotrice Ie : COURANT d EXCITATION I : COURANT d induit Ra : r sistance de l induit. Ec(Ie,N) = (Ie) N: vitesse de rotation de la machine ( tours / mn) : flux d induction magn tique traversant l induit de la machine. La puissance lectromagn tique Pm a pour expression : INkIEcNCemPm**60*2* et le couple lectromagn tique Cem vaut alors : IkCem**260 En r gime permanent tabli : Cem = Cr + C0 = Cr : couple r sistant de la charge m canique, Co : couple de pertes du MOTEUR .

4 - 4 - II-6-Inventaire des diff rentes pertes Pertes Pertes magn tiques pfer ou pertes ferromagn tiques ou pertes fer Pertes par effet joule pJ Pertes m caniques pm ca Causes Elles sont dues l hyst r sis (champ r manent) et aux courants de Foucault ( COURANT induit dans le fer) et d pendent de B et de . Pertes dans l induit et l inducteur, dues aux r sistances des bobinages. Elles sont dues aux frottements des diverses pi ces en mouvement. Parades Utilisation de mat riaux cycles troits, comme le fer au silicium et le feuilletage de l induit. Il faut surtout viter l chauffement on utilise un ventilation par exemple. Utilisation de roulements et de lubrifiants. Pertes collectives pc pC pfer pm ca. Ces pertes sont dites constantes ou collectives . C est- -dire que si le MOTEUR travaille vitesse et flux constants, les pertes fer et m caniques sont approximativement constantes.

5 Elles ne varient pas avec la charge. Couple de perte C0 : flux constant, pC est proportionnel , donc pc cste et cstecstepCC 0. Le couple de pertes est une caract ristique constante du MOTEUR quelle que soit la vitesse. Puissance totale absorb e Il s agit de puissance lectrique. Pa = Pa induit + Pa inducteur Pa - 5 - Puissance l inducteur L inducteur tant du point de vue lectrique une simple r sistance, toute l nergie qu il absorbe et dissip e par effet joule. Il s agit de la puissance lectrique. Pae pje re Ie2 Pertes totale par effet joule pj = pj induit + pj inducteur pj Pae Puissance utile Il s agit d une puissance m canique de rotation. uuCP Cu :couple utile ( ) Bilan des puissances Bilan complet Pa Pu pj pc Bilan interm diaire Pu Pem pc - 6 - Rendement Mesure directe Cette m thode consiste mesurer Pa et Pu. PuPa Tu. M thode des pertes s par es Cette m thode consiste faire des essais pour valuer les diff rentes pertes.

6 PuPa Pa pertesPa Inversion du sens de rotation : .Pour inverser le sens de rotation, deux solutions peuvent tre envisag es : l inversion du sens du COURANT d EXCITATION sans changer le sens du COURANT d induit ; l inversion du sens du COURANT d induit en maintenant le sens du COURANT d EXCITATION . Questions : Evaluer la formule du rendement d un MOTEUR COURANT CONTINU EXCITATION s rie. Comparer le couple d velopp par un MOTEUR COURANT CONTINU EXCITATION s par e avec celui d un MOTEUR COURANT CONTINU EXCITATION s rie. Etudier l emballement des deux moteurs. III Etude pratique : III-1- MOTEUR COURANT CONTINU EXCITATION ind pendante : C bler le sch ma du montage de la figure n 2. Avide, noter les valeurs des grandeurs lectriques suivantes :I0, N0, U0. Remplir le tableau suivant : - 7 - I I0 V = N ( tr/mn ) N0 Rendement : A l aide d un montage voltamp re m trique ou d'un multim tre, d terminer la valeur de la r sistance de l induit du MOTEUR .

7 Tracer les courbes suivantes : N = f(I ) , = f( I ) et V = f( I ) . Interpr ter les r sultats obtenus et conclure. III-2- MOTEUR COURANT CONTINU EXCITATION shunt ou parall le: Appliquer l tude pr c dente pour le MOTEUR EXCITATION shunt. Pour l essai en charge du MOTEUR , il suffit aux bornes de la g n ratrice une charge r sistive. - 8 - III-3- MOTEUR COURANT CONTINU EXCITATION s rie : R aliser le c blage n cessaire du MOTEUR s rie. Remplir le tableau suivant (faire attention car d une par il ne faut pas d marrer vide): I V = N ( tr/mn ) Rendement : A l aide d un montage voltamp re m trique ou d'un multim tre, d terminer la valeur de la r sistance de l induit du MOTEUR . Tracer les courbes suivantes : N = f(I ) , = f( I ) et V = f( I ) . Interpr ter les r sultats obtenus et conclure. Remarque : pour d terminer les pertes collective, on fait fonctionner le MOTEUR en EXCITATION ind pendante comme l indique le sch ma suivant : - 9 - 2: TRANSFORMATEUR MONOPHASE I- Etude th orique: 1-Transformateur parfait ou id al Transformateur monophas id al C'est un transformateur virtuel sans aucune perte.

8 Il est utilis pour mod liser les transformateurs r els. Ces derniers sont consid r s comme une association d'un transformateur parfait et de diverses imp dances. Dans le cas o toutes les pertes et les fuites de flux sont n glig es, le rapport du nombre de spires primaires, secondaires d termine totalement le rapport de transformation du transformateur. Exemple: Un transformateur dont le primaire comporte 230 spires aliment par une tension sinuso dale de 230 V de tension efficace, le secondaire qui comporte 12 spires pr sentera ses bornes une tension sinuso dale dont la valeur efficace sera gale 12 V. - 10 - Comme on n glige les pertes, la puissance est transmise int gralement, c'est pourquoi l'intensit du COURANT dans le secondaire sera dans le rapport inverse soit pr s de 19 fois plus importante que celle circulant dans le primaire.

9 De l' galit des puissances apparentes : , soit : on tire Au risque de surchauffer tr s rapidement, le conducteur du secondaire devra avoir une section adapt e l'intensit de ce COURANT . 2-Les pertes de puissance d'un transformateur 2-1-Les pertes par effet Joule Les pertes par effet Joule dans les enroulements sont appel es galement pertes cuivre , elles d pendent de la r sistance de ces enroulements et de l'intensit du COURANT qui les traverse : avec une bonne approximation elles sont proportionnelles au carr de l'intensit . Avec Riest la r sistance de l'enroulement i et Iiest l intensit du COURANT qui le traverse. 2-Les pertes magn tiques Ces pertes dans le circuit magn tique, galement appel es pertes fer , d pendent de la fr quence et de la tension d'alimentation. fr quence constante on peut les consid rer comme proportionnelles au carr de la tension d'alimentation.

10 Ces pertes ont deux origines physiques : 2-1-Les pertes par courants de Foucaults : Elles sont minimis es par l'utilisation de t les magn tiques vernies, donc isol es lectriquement les unes des autres pour constituer le circuit magn tique, ce en opposition un circuit massif. - 11 - 2-2-Les pertes par hyst r sis : voir annexe Les pertes par hyst r sis sont g n r es en parcourant un cycle d'hyst r sis, partiel ou complet. cycleun d' surface volumiquemagn tique nergieHdB Les pertes par hyst r sis sont proportionnelles au carr de l'induction et la fr quence. mBBffCPHH200 3-Sch mas lectriques: 4-Sch mas lectrique quivalent d'un transformateur monophas En modifiant le sch ma pr c dent, on aboutit au sch ma suivant: - 12 - Questions: 1-En exploitant le dernier sch ma, valuer la formule du rendement du transformateur monophas . 2-Calculer la valeur du rendement maximal.