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).

2 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 - 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.

3 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). 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) +.

4 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 - 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.

5 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. 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.

6 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. PuPa Pa pertesPa Inversion du sens de rotation.

7 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 .

8 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 ).

9 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. 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.

10 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. 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.