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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



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



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



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



Tracer les courbes Tu=f(I) et n=f(I) puis Tu=f(n)



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



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



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



Doc élève



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



Tracer les courbes Tu=f(I) et n=f(I) puis Tu=f(n)

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