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Cours 10 Terminale GET
M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 1 http://maphysiqueappliquee.free.fr
Chapitre 10 : Machine à courant continu à excitation série
I / définition
1. symbole 2. relations classiques
a) fém induite b) couple électromagnétique
3. schéma équivalent 4. expression de la vitesse
II / fonctionnement sous tension constante
1. TP sur feuille 2. vitesse de rotation 3. couple
a) démarrage b) Tem = f ( I )
4. caractéristique mécanique III / fonctionnement à I constant IV / bilan de puissance
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I / Définitions
1. symbole L’inducteur et l’induit sont en série :
2. relations classiques
a) fém induite
E en V
Ω en rad.s-1
Ф flux inducteur créé par le courant I.
Donc , lorsque la machine n’est pas saturée, Ф=k.I
D’où : E = K. k.I.Ω ⇔ E = ĸ.I.Ω
b) couple électromagnétique
Tem = K.Ф.I donc, de même, en non saturé, Tem = ĸ.I ²
3. schéma équivalent
M U ou M U
inducteur
induit
E = K.Ф.Ω
U E
R I r
Rt = R + r où R : résistance de l’induit r : résistance de l’inducteur U = E + Rt.I ⇔ U = E + ( R+ r ).I
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4. Expression de la vitesse
U = E + Rt.I = K.Ф.Ω + Rt.I
D’où :
Si la machine n’est pas saturée :
Remarque : Dès que I est faible, Ω devient très grand ; donc on démarre ce moteur en charge
pour éviter l’emballement.
II / Fonctionnement sous tension constante
1. TP sur feuille
Ω = U - Rt.I
K.Ф
Ω = U - Rt.I
ĸ.I
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TP sur feuille
1. Préparation
• On peut régler le frein à poudre et mesurer Tu ; I ; U ; n. • On veut : tracer n=f(I) ; Tu=f(I) ; Tu=f(n) pour U=UN. • plaque signalétique du moteur : 250V ; 1,2A ; 1500tr/min ;180W.
a) compléter le schéma du montage en y insérant le voltmètre permettant de mesurer U. b) Compléter le protocole :
1 câbler le montage 2 on met une charge (frein à poudre : Tr )
………………………………………………………………………… 3 augmenter U depuis 0V jusqu’à U=UN = 250V………………… 4 Régler…le frein à poudre……pour obtenir la valeur de I souhaitée.
Réajuster, si nécessaire, la valeur de U. 5 Noter les valeurs de …TU……… ;……n…….. ;……I…….. 6 Pour obtenir d’autres points de fonctionnement, agir sur la valeur
de…Tr (frein à poudre)………………… 7 On peut, sans risque pour le moteur, faire varier I jusqu’à
…1,2……….fois IN. 8 ……on baisse U jusqu'à l’éteindre
………………………………………………………………………… 9 Mettre le frein hors service en réglant Tr=………0………….N.m
2. Mesures A U=140V, les mesures donnent : Tu
N.m 1,06 0,92 0,8 0,58 0,42 0,3 0,24 0,18 0,12 0,08 0,04 0,03 0,02
I A
1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4
n tr/min
750 760 770 826 885 940 989 1069 1135 1223 1346 1600 1800
Arrêt
démarrage
M
A + inducteur
Frein à poudre
Tu Tr
U
I
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Tracer les courbes Tu=f(I) et n=f(I) puis Tu=f(n)
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2. vitesse de rotation
on a :
• alimenté sous tension nominale, un moteur série ne doit jamais fonctionner à vide car
si I→0 (T→0) alors Ω→∞
• à la saturation (pour I grand) Ф = cste alors : est une fonction
affine Ω = U - α.I (droite décroissante)
3. couple
a) démarrage
au démarrage, Td > TN : démarrage en charge possible.
Donc fort appel de courant au démarrage, Id > IN
Remarque : le moment du couple de démarrage d’un moteur série est supérieur à celui
d’un moteur à excitation indépendante.
b) Tem = f ( I )
I
Ω
saturation
Ω = U - Rt.I
ĸ.I hyperbole
Ω = U - Rt.I
K.Ф
I
Tem
Tem Tu
Sous tension constante, la charge impose un couple résistant donc un courant T= ĸ.I ² Tem= ĸ.I ² donc parabole jusqu’à la saturation Tem= KФI dès lors
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4. caractéristique mécanique
Sans la saturation : Avec saturation : III / Fonctionnement à I constant
Donc à flux constant
• E = KФΩ = ĸ Ω proportionnel à la vitesse
• Ω = E / ĸ = (U-RtI)/ ĸ fonction affine
• Tem= ĸ.I constant
Ω
T
saturation
I = U
ĸ Ω + Rt
T= ĸ.I ² donc T = ĸU²
(ĸ Ω + Rt)² hyperbole
I = U- KФΩ
Rt
T= KФI donc T = KФU-(KФ)²Ω
Rt
Droite décroissante
U
Ω
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IV / Bilan de puissance
Pa = UI
PJ =Rt I²
Pc = Tc.Ω
Pu = Tu.Ω Pem = EI
η = = Pu
Pa
UI – Rt I² -Pc
UI =
EI - Pc
UI
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TP sur feuille
3. Préparation
• On peut régler le frein à poudre et mesurer Tu ; I ; U ; n. • On veut : tracer n=f(I) ; Tu=f(I) ; Tu=f(n) pour U=UN. • plaque signalétique du moteur : 250V ; 1,2A ; 1500tr/min ;180W.
a) compléter le schéma du montage en y insérant le voltmètre permettant de mesurer U. b) Compléter le protocole :
1 câbler le montage 2 …………………………………………………………………………
…………………………………………………………………….. 3 augmenter U depuis 0V jusqu’à U=………………………………… 4 Régler……………………………pour obtenir la valeur de I
souhaitée. Réajuster, si nécessaire, la valeur de U. 5 Noter les valeurs de
……………… ;……………….. ;……………….. 6 Pour obtenir d’autres points de fonctionnement, agir sur la valeur
de…………………………………………………… 7 On peut, sans risque pour le moteur, faire varier I jusqu’à
………………….fois IN. 8 …………………………………………………………………………
……………………………………………………………………… 9 Mettre le frein hors service en réglant Tr=……………………….N.m
4. Mesures A U=140V, les mesures donnent : Tu
N.m 1,06 0,92 0,8 0,58 0,42 0,3 0,24 0,18 0,12 0,08 0,04 0,03 0,02
I A
1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4
n tr/min
750 760 770 826 885 940 989 1069 1135 1223 1346 1600 1800
Arrêt
démarrage
M
A + inducteur
Frein à poudre
Tu Tr
U
I
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Tracer les courbes Tu=f(I) et n=f(I) puis Tu=f(n)
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