NOM :
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Prénom :
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
BTS CRSA – Moteur à Courant Continu
SCIENCES PHYSIQUES ET
CHIMIQUES M21
CARACTERISTIQUE MECANIQUE, POINT DE FONCTIONNEMENT ET
RENDEMENT
D’UN CONVERTISSEUR ELECTROMECANIQUE
- Durée :
2 heures dans l’espace du laboratoire.
- Matériels :
• Banc moteur génératrice
• Alimentation DC 0-30V
• Rhéostat 100Ω
• Multimètre numérique
I] ETUDE PRELIMINAIRE
Nous allons étudier une chaîne de conversion d’énergie de la forme : ELECTRIQUE MECANIQUE ELECTRIQUE.
Principe : Un moteur à courant continu (MCC) reçoit une énergie électrique de la part d’une alimentation, et la transforme en énergie mécanique. Un génératrice à courant continu (GCC), relié au MCC par le même axe de rotation reçoit dés lors cette énergie mécanique et la transforme en énergie électrique qui sera consommée par une résistance (la charge). L’ensemble peut-être modélisé par le schéma suivant :
PE : puissance en entrée, PS : puissance en sortie,
PTR : puissance transmise du MCC à la GCC,
Pertes : pertes de puissance au moment de la conversion.
QUESTIONS :
1) Donner l’expression de PE : ……….
2) Donner l’expression de PS : ……….
3) Donner l’expression de PTR, la puissance transmise en supposant que les deux machines engendrent des pertes identiques : ………...………...
………
………
4) Donner l’expression de C, le couple mécanique en fonction de PTR et N en tr/s
………...………...
………
………
Alimentation électrique
(UE ; IE)
Charge (US ; IS)
MCC GCC
PE PTR PS
Pertes
Pertes
5) Donner l’expression de ηMCC, le rendement du MCC : ………..
6) Donner l’expression de ηGCC, le rendement de la GCC : ………
7) Montrer que l’expression de ηT, le rendement total de la chaîne de conversion est : ηT = ηMCC x ηGCC
………
………
………
8) Si l’on considère que ηMCC = ηGCC, donner l’expression de ηMCC en fonction ηT.
………
………
………
II] ETUDE EXPERIMENTALE A- Caractéristique mécanique
1) Proposer un montage permettant de mesurer UE, IE, US, IS et N sachant que le capteur de vitesse délivre un signal dont la période est celle du moteur...
2) En faisant varier R (sans jamais dépasser IS = 1A), et en maintenant la tension UE constante, compléter les tableaux suivants à l’aide de vos mesures pour UE = 10V puis UE = 5V
UE (V) IE(A) US(V) IS(A) N (tr/s) PE(W) PS(W) PTR(W) C (N.m) 10
10 10 10 10 10
UE (V) IE(A) US(V) IS(A) N (tr/s) PE(W) PS(W) PTR(W) C (N.m) 5
5 5 5 5 5
3) Utiliser un tableur pour compléter les quatre dernières colonnes et tracer sur le même graphique les caractéristiques mécaniques du moteur C = f(N) pour les deux valeurs de UE. Donner leurs équations mathématiques.
B- Analyse des courbes obtenues
1) Quel type de courbes obtient-on ? Justifier votre réponse à l’aide des équations.
………
………..
………
……….
2) Vous devez régler la vitesse du moteur à 70 tr/s avec un couple de 6 mN.m Tracer sur votre graphique la nouvelle caractéristique mécanique du moteur pour obtenir ce point de fonctionnement.
3) Quelle valeur de UE faudra-t-il régler pour cela ?
………..
………
……….
C- Point de fonctionnement et rendement
1) En faisant varier R (sans jamais dépasser IS = 3A), et en maintenant la vitesse du MCC constante à une fréquence de 100tr/s grâce à l’alimentation réglable, compléter le tableau suivant à l’aide de vos mesures.
UE (V) IE(A) US(V) IS(A) N (tr/s) PE(W) PS(W) ηT ηMCC
2) Utiliser un tableur pour compléter les quatre dernières colonnes et tracer la courbe UE = f(IE). Donner son équation mathématique.
D- Analyse des résultats
1) Comparer la valeur de ηMCC par rapport à un moteur industriel (train, voiture électrique, téléphérique).
………
………..
………
……….
2) Pour prévoir le comportement d'un Moteur à Courant Continu du point de vue électrique, on a établi un modèle équivalent, réalisé avec des éléments électriques simples.
• R représente la résistance de l'induit.
• E est la force contre-électromotrice (f.c.é.m.) induite telle que E = K.N
a) D’après ce modèle, établir une relation mathématique entre les grandeurs électriques caractérisant le moteur :
………
………..
………
……….
b) En déduire les valeurs de E et R d’après l’équation de votre courbe.
………
………..
………
……….
MCC UE
Induit ( rotor ) Ω
IE
UE
R E
IE
