TP1 Electricite Industriel Gr2

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TP n° 1 : MOTEUR A COURANT CONTINU

But du TP Le but de ce TP est d’étudier un moteur qui entraîne une génératrice à courant continu débitant dans un rhéostat de charge, de tracer les différentes caractéristiques du moteur, de déterminer les rendement par la méthode directe et la méthode des pertes séparées après avoir calculé les pertes moteur et fer.

Cette génératrice est du type dynamo-balance et permet la mesure du couple utile Tu développé par le moteur.

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I ] PLAQUES SIGNALETIQUES I.1] Plaques Génératrices Puissance (kW)

1.5

Vitesse (tr / min)

1500

Tension de l’induit (V)

220

Courant de l’induit (A)

6,8

Tension d’excitation (V)

220

Courant d’excitation (A)

0,43

Couple nominal (N.m)

11,2

Altitude (m)

1000

Temp. (°C)

40

I.2] Plaques Moteur Puissance (kW)

1,5

Vitesse (tr / min)

1500

Tension de l’induit (V)

220

Courant de l’induit (A)

7,9

Tension d’excitation (V)

220

Courant d’excitation (A)

0,36

Couple nominal (N.m)

9,5

Altitude (m)

1000

Temp. (°C)

40

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II ] SCHEMA DE MONTAGE

220 V

III ] AJUSTEMENT DE LA VALEUR DE IEN ET MESURES DES RESISTANCES D’INDUIT ET D’INDUCTEUR Le groupe est démarré sous tension variable. Le moteur entraîne une génératrice qui débite dans un rhéostat de charge. La génératrice est excitée pour obtenir à ses bornes une tension voisine de 220 V. III.1]

Réalisation du point de fonctionnement nominal

Le point de fonctionnement nominal est obtenu lorsque nous avons réalisé les réglages suivants :

-

Tension dans l’induit U =Un = 220 V Intensité dans l’induit In = 7,86 A Vitesse de rotation du moteur nn = 1500 tr / min

L’intensité du courant d’excitation qui a permis ce réglage est de Ien = 0,34 A.

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III.2]

Mesure des résistances d’induit et d’inducteur

On laisse tourner le moteur 5 minutes et on procède à la mesure à chaud des résistances d’induit R et d’inducteur RE du moteur par la méthode voltampère métrique en utilisant le courant nominal. Schéma de montage :

La mesure de la résistance de l’inducteur est réalisée à l’aide d’un ohmmètre. On réalise la mesure de la résistance de l’induit à tension E = 0. D’où, en fonctionnement moteur :

U = E +RI → R = (U – E) / I → R = U / I (avec E = 0)

On a obtenu : Résistance de l’induit = 4,48 / 1,06 = 4,22 ohms Résistance de l’inducteur = 534 ohms

Page 5 sur 12 IV ] ESSAI A VIDE La charge est enlevée. La génératrice reste accouplé mais pas excitée. IV.1] Tracé de la caractéristique Uo=f(Ie) à n=nN

Ie (A) 0,14

0,16

0,18

0,2

0,22

0,24

0,26

0,28

0,30

0,32

0,36

Uo(V) 150,4 157,6 165,4 172,7 178,0 183,0 187,3 193,3 197,2 201,1 206,3

Uo = f(Ie)

y = 258,29x + 118,66 R2 = 0,9758

250

Uo (V)

200

150 100

50 0 0

0,1

0,2

0,3

0,4

Ie (A)

Commentaires : On ajuste le rhéostat de l’inducteur moteur de façon à avoir Ie = 0, on modifie ma valeur du rhéostat pour modifier la valeur de Ie, avant de relever la tension, on ajuste la vitesse de rotation à 1500 tr / min, nous avons ainsi relevé 11 mesures.

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IV.2] Tracé de la caractéristique n=f(Uo) à Ie=IeN

Uo (V)

240

220

200

180

150

130 100 80

50

25

n(tr/mn) 1755 1610 1460 1313 1085 942 720 538 351 166

2000

y = -179,67x + 1982,2 R2 = 0,9973

n = f(U0)

n

1500 1000 500 0 240

220

200

180

150

130

100

80

Nous obtenons une droite croissante. En théorie on a bien : U  E  RI  E  U  RI U  RI P kn  U  RI  n  avec(k  N  cst ) k a

50

25

U

Page 7 sur 12 IV.3] Tracé de la caractéristique n=f(Ie) à U=UN

Ie (A)

0,36 0,33 0,3

0,27 0.22

n(tr/mn) 1593 1628 1666 1718 1835

1900

n = f(Ie)

n

y = 57,4x + 1515,8 R2 = 0,925

1800 1700 1600 1500 1400 0,36

0,33

0,3

0,27

0.22

Ie

En faisant varier le courant d’excitation Iexc on agit sur le flux ce qui explique que la courbe observée est une portion d’hyperbole car :

AU  cste P Nn  kn  U  RI a U  RI n k E

n est inversement proportionnel au flux c’est à dire au courant d’excitation

IV.4] Valeur du courant Io pour n=nN et Ie=IeN avec : Uo = 207,9 V Io = 0,315 A

Page 8 sur 12 

Calcul des pertes mécaniques pM et des pertes fer pfer

Bilan des Puissances : Pa – Pje – Pc – Pj = Pu A vide : Pu = 0 Pa = UI + Ue.Ie = 144,72 W PJe = Re.Ie² = 69,2 W Pj = R.I² = 0,4 W Pc = Pfer + Pmec + Pgéné = 3 Pmec d’après ennoncé Pmec = (Pa – Pje – PJ) / 3 = 25,04 W



Justification du choix de n=nN pour cet essai en vue de calculer le rendement pour le point nominal

L’essai en charge va se faire à n=1500 tr/min. C'est-à-dire au point de fonctionnement. C’est donc à ce point qu’il faut calculer le rendement de l’installation pour que cela ait un sens physique.

V ]

ESSAI EN CHARGE

Pour la réalisation de plusieurs points de fonctionnement, on maintient : U = Un et Ie = Ien. On relève les valeurs de I, n, Tu. Tu se calcule par : poids x bras de levier ( d ). Poids = 1004,2 g soit 9,85 N

I (A)

1,27

2,75

n (tr/mn)

1736 1673 1646

L(mètre)

0,170 0,360 0,450 0,535 0,610 0,680 0,750 0,825 0,885 0,955

Tu (N.m)

1,67

3,54

3,4

4,43

4,1

4,7

5,3

5,9

6,5

7,0

7,6

1621 1600 1575 1555 1536 1520 1500

5,27

6,01

6,70

7,39

8,13

8,72

9,41

Page 9 sur 12 V.1]

Caractéristique de vitesse en charge n=f(I)

1800

y = -24,048x + 1728,5 R2 = 0,9662

n = f(I)

n

1700 1600 1500 1400 1300

I 1,27 2,75 3,4

4,1

4,7

5,3

5,9

6,5

7

7,6

Cette caractéristique est une droite décroissante comme nous le confirme la théorie : La vitesse n dépend très peu de la charge.

U  E ' RI  U  n

et si constante on a n= A - B.I

U  RI P N a

Caractéristique de couple Tu=f(I)

Tu = f(I)

y = 1,218x + 0,2173 R2 = 0,9995

10 8

Tu (N.m)

V.2]

P nN  RI a

6 4 2 0 0

2

4 I (A)

6

8

Page 10 sur 12 A flux constant , le couple électromagnétique Te est proportionnel au courant I. On obtient le couple Tu en retranchant de Te le couple Tp dû aux pertes mécaniques et dans le fer. Te  kI et si   cste  Te  k ' I

 Tu  Te  Tp

VI ] ESSAI SOUS TENSION VARIABLE VI.1] Caractéristique n=f(U) à I=0,3IN et Ie=IeN

U (V) n (tr / min)

205,7 1436

117 783

92,8 605

79,2 503

60 361

n = f(U) et n = f(Uo)

n (tr / min)

2000 1500 n = f(U)

1000

n = f(Uo)

500 0 0

100

200

300

U (V)

A flux constant, la vitesse n dépend de la tension U.

Pour obtenir ces valeurs, nous faisons varier la charge et relevons la tension U ainsi que la vitesse n.

Page 11 sur 12 VI.2] Caractéristique Tu=f(n) à Ie=IeN pour U=0,8UN et U=0,6UN

Tu = f(n) 10

Tu (N.m)

8 U = 0,8 Un

6

U = 0,6 Un 4

U = Un

2 0 1000

1200

1400 n (tr / min)

VII ] ETUDE DU RENDEMENT VII.1]

Calcul par la méthode directe

Par définition  

Pu Pa

1600

1800

Page 12 sur 12 Avec Pa = UI + Ue.Ie = 1741 W et

Pu = Tu x    2n'  2

1500  157rd / s 60

Tu  9,41m.N  Pu  157  9,41  1477W  

VII.2]



1477  84,8% 1741

Calcul par la méthode des pertes séparées

On sait que  

Pa  pertes Pa

pertes  Pc  PJS  PJR Pc  75,12W PJS  U exc  I exc  69,2W PJR  Ra  I a2  243W pertes  388W



1741  388  0,77 1741

Par la méthode des pertes séparées nous obtenons un rendement de :  = 77 %