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Cours« EEM 2 Machines à courant continu »

Crédit photos : Siemens AG

SH5002-1B version 2.1

Auteur : M. Germeroth

Lucas-Nülle GmbH · Siemensstraße 2 · D-50170 Kerpen (Sindorf) Tél. : +49 2273 567-0

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Siemensstraße 2 D-50170 Kerpen

EEM2 Machines à courant continu

Objectifs du cours 1Matériel 300W Classic Line 2Page d'info « Variantes d'appareils » 3Sécurité 5Moteur shunt à courant continu 7

Câblage et démarrage 9Inversion du sens de rotation 15Commande de la vitesse de rotation 21Caractéristique en charge 29

Génératrice shunt à courant continu à excitation séparée 35Commande de la tension (gamme de réglage de champ) 37Sens de la tension (polarité) 43Caractéristique en charge 47

Génératrice shunt à courant continu auto-excitée 53Sens de rotation et polarité 55Caractéristique en charge 59

Moteur série à courant continu 65Câblage et démarrage 67Inversion du sens de rotation 73Caractéristique en charge 81

Moteur compound à courant continu 87Caractéristiques en charge pour différentes conditions de compounds 89

Copyright 99

EEM2 Machines à courant continu

EEM2 Machines à courant continu Objectifs du cours

Ce cours a pour but de vous transmettre des connaissances pratiques sur le thème des machines à courant continu. Le cours est axé autour d'études expérimentales sur les machines série, shunt et compound en illustrant leur fonctionnement, leur comportement et leur mode opératoire.

Contenus didacticiels

Moteur, génératrice Enroulements série, shunt et compound Mesure de courant et de tension d'induit et d'excitation Données caractéristiques, plaque signalétique Modification de la vitesse de rotation Inversion du sens de rotation Affaiblissement de champ Résistances d'induit et de champ Mesure de puissance avec et sans charge mécanique

Conditions

Notions de base sur les machines électriques Notions de base en électrotechnique Maniement d'instruments de mesure

Bienvenue au cours sur les machines à courant continu! L'équipe de LUCAS-NÜLLE vous souhaite beaucoup de plaisir et de succès dans l'apprentissage des thèmes proposés par le cours et dans la réalisation des expériences. Vous trouverez aux pages suivantes un aperçu des contenus du cours et du matériel dont vous avez besoin.

1

EEM2 Machines à courant continu Matériel 300W Classic Line

* Variantes d'appareils pour la charge universelle SO3212-6W

SO3636-6V servomoteur / servofrein 0,3 kW 1 pièce

SE2662-2A Manchon d'accouplement 300W 1 pièce

SE2662-7B Capot de protection d'accouplement 300W 1 pièce

SE2672-3D Machine multifonctionnelle à courant continu 300W 1 pièce

SO3212-6W Charge universelle pour machines 300W 1 pièce

SO3212-6B Démarreur pour moteur à courant continu* 1 pièce

SO3212-5F Rhéostat de champ pour moteur à courant continu* 1 pièce

SO3212-6M Résistance de charge pour expériences sur la génératrice* 1 pièce

SO3212-5H Rhéostat de charge pour expériences sur la génératrice* 1 pièce

SO3212-5U Alimentation pour machines électriques 1 pièce

SO5127-1ZMultimètre analogique/numérique, wattmètre et mesureur du

facteur de puissance 2 pcs

SO5148-1F Jeu de câbles de sécurité 4 mm (47 pcs) 1 pièce SO5126-9X Fiche de connexion de sécurité 19/4 mm 15 pcs

SO5126-9Z Connecteur à fiche de sécurité 19/4 mm avec prise 5 pcs

2

EEM2 Machines à courant continu Page d'info « Variantes d'appareils »

Charge universelle (SO3212-6W) pour moteurs à courant continu (exemple de connexion : « Moteur shunt à courant continu »)

Démarreur (SO3212-6B) et rhéostat de champ (SO3212-5F) pour moteurs à courant continu

(exemple de connexion : « Moteur shunt à courant continu »)

Résistance de charge (SO3212-6M) et rhéostat de champ (SO3212-5H) pour

3

EEM2 Machines à courant continu Page d'info « Variantes d'appareils »

génératrices à courant continu (exemple de connexion : « Génératrice shunt à courant continu »)

4

EEM2 Machines à courant continu Sécurité

Consignes de sécurité fondamentales

Des tensions extrêmement dangereuses apparaissent au cours de toutes les expériences réalisées avec des tensions secteur. Aussi n'utilisez que des câbles de mesure de sécurité et veillez impérativement à éviter des courts-circuits !

Tous les appareils prévoyant ou permettant une mise à la terre doivent impérativement être reliés à la terre ! Ceci s'applique en particulier au convertisseur de fréquence !

Avant de mettre l'alimentation secteur en circuit, vérifiez scrupuleusement le câblage des modules d'application. Dans la mesure du possible, utilisez un instrument de contrôle robuste dans le trajet du courant.

Etant donné que des dangers peuvent émaner des pièces de moteur en rotation, utilisez toujours les capots de protection d'arbre et d'accouplement.

Par ailleurs, nous attirons votre attention sur les prescriptions et normes locales en vigueur imposées pour la manipulation d'appareils électriques.

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EEM2 Machines à courant continu Sécurité

Consignes générales sur la manipulation des appareils

Contrôlez la bonne fixation des vis moletées sur le pied du moteur et le manchon d'accouplement (power-grip) de l'arbre du moteur.

Utilisez les capots de protection d'arbre et d'accouplement. Une exploitation prolongée des machines sous fortes charges entraîne un

réchauffement considérable des machines. Le cas extrême (arrêt de la machine) ne doit intervenir que brièvement ! Toutes les machines disposent d'interrupteurs thermostatiques qui réagissent

dès que la température de service autorisée est dépassée. Ces contacts sortent sur la borne plate et doivent toujours être reliés aux douilles de connexion correspondantes de l'alimentation ou de l'appareil de commande.

Toutes les valeurs de mesure ont été enregistrées à l'aide d'appareils de mesure usuels (essentiellement de la classe 1,5) sur une tension secteur habituelle (230/400V +5% -10% 50Hz) avec des machines série. Aussi les mesures enregistrées se situent-elles dans une limite de tolérance de +/-15% de la valeur indiquée. Observez également la norme VDE0530.

6

EEM2 Machines à courant continu Moteur shunt à courant continu

Moteur shunt à courant continu

Aux pages suivantes, vous allez réaliser les exercices suivants sur le « moteur shunt à courant continu » :

Câblage et démarrage Inversion du sens de rotation Commande de la vitesse de rotation Caractéristique en charge

7


8


Notez les données caractéristiques de la machine à courant continu.

Attribuez les désignations aux enroulements correspondants.

Contenus du cours : « Câblage et démarrage »

Connexions du moteur et utilisation du moteur comme moteur shunt

Saisie des données caractéristiques du moteur à l'aide de la plaque signalétique

Câblage du moteur avec le démarreur Fonction du démarreur Mise en service du moteur avec le frein Charge du moteur Mesure de la tension et du courant d'induit

UA= ____V

IA= ____A

UE= ____V

IE= ____mA

n= ____min-1

A1/A2 __

B1/B2 __

C1/C2 __

E1/E2 __

D1/D2 __

F1/F2 __

9


Instructions de montage : « Câblage et démarrage »

Remarque : l'alimentation CC ne peut être réglée que lorsque le moteur est connecté.

Vous trouverez des informations détaillées sur le frein dans la documentation (en ligne) correspondante.

Plan de couplage du moteur shunt à courant continu

« Câblage et démarrage »

Réalisez le circuit selon le plan de couplage et de montage suivant. Intégrez un ampèremètre et un voltmètre dans le circuit d'induit. Mettez également le frein en service, le moteur n'est pas chargé.

10


Plan de montage du moteur shunt à courant continu


Mise en service du moteur shunt

Réglages nécessaires :

Démarreur : valeur minimum (0 Ω) Alimentation CC : 220 V Méthode de mesure à multimètre : moyenne arithmétique (« Mean »).

Réalisation de l'expérience :

Mettez le moteur en marche et observez-le.

11


Le moteur se comporte comme suit :

Mesure du courant d'induit


Frein : mode « Torque Control »


Freinez le moteur jusqu'à la vitesse nominale. Mesurez le courant d'induit.

Veillez à ne pas freiner le moteur jusqu'à l'arrêt !

Quelle est l'intensité du courant d'induit ?

Le moteur tourne à une vitesse de rotation supérieure à la vitesse nominale.

Le sens de rotation est positif (à droite).

Le sens de rotation est négatif (à gauche).

Le courant de démarrage est supérieur au courant nominal.

Le moteur tourne à vitesse nominale.

Le courant augmente au fur et à mesure qu'augmente avec la vitesse.

Plusieurs réponses peuvent être correctes.

Le courant d'induit correspond environ au courant nominal.

Le courant d'induit est nettement supérieur au courant nominal.

Le courant d'induit est nettement inférieur au courant nominal.

12


Enregistrement d'une caractéristique en charge


Démarreur : valeur maximale ( remarque : classe 0,3 kW ~ 47 Ω ; classe 1 kW ~ 16 Ω)

Le moteur étant démarré, réglez de nouveau le démarreur à 0 Ω.


Augmentez pas à pas la charge du moteur jusqu'à 1,5 fois (0,3 kW) ou 1,0 fois (1 kW) le courant nominal, puis complétez le tableau.

M/Nm n/(1/min) I/A U/V

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5M/Nm

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

n/m

in¯¹

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

I/A

0

50

100

150

200

250

300

U/V

13


Parmi les affirmations suivantes sur la caractéristique en charge, lesquelles sont correctes ?

Quelle est la fonction du démarreur ?

La tension d'induit diminue nettement au fur et à mesure qu'augmente le couple.

Le courant d'induit augmente de manière linéaire au fur et à mesure qu'augmente le couple.

La vitesse de rotation diminue nettement lorsque le couple nominal est atteint.

La tension d'induit reste pratiquement constante.

La vitesse de rotation reste pratiquement constante (± 3%) dans l'étendue du couple nominal.

La vitesse de rotation augmente lorsque les couples de rotation atteignent des gammes plus élevées.


Le démarreur est utilisé essentiellement pour contrôler la vitesse de rotation.

Le démarreur limite le courant de démarrage.

En mode normal, le démarreur protège le moteur contre les surcharges.

14


Définition du sens de rotation Lorsqu'on observe depuis la machine de travail (dans notre exemple depuis le frein) sur le bout d'arbre moteur, on constate que le sens de rotation est positif si l'arbre tourne à droite. Si un moteur dispose de deux bouts d'arbre utiles, le bout d'arbre opposé au ventilateur, au collecteur ou aux bagues collectrices est toujours celui qui définit le sens de rotation.

Instructions de montage : « Inversion du sens de rotation »

Contenus du cours : « Inversion du sens de rotation »"

Différences entre la marche à droite et la marche à gauche Mise en service du moteur pour les deux sens de rotation

Réalisez le circuit selon le plan de couplage et de montage suivant. Intégrez un ampèremètre et un voltmètre dans le circuit d'induit. Mettez également le frein en service, le moteur n'est pas chargé.

15



« Inversion du sens de rotation »

16




Inversion du sens de rotation


Démarreur : valeur minimum (0 Ω) Alimentation CC : 220 V




17


Quel est le sens de rotation du moteur ?

Mettez le moteur hors service et inversez la polarité de la bobine d'excitation comme le montre le plan de couplage.

Remettez le moteur en marche et observez-le de nouveau.


« Inversion du sens de rotation » (sens de rotation inversé)

Le moteur tourne à droite.

Le moteur tourne à gauche.

18





19


20


Instructions de montage : « Commande de la vitesse de rotation »

Remarque : l'alimentation CC ne peut être réglée que lorsque le moteur est connecté. Vous trouverez des informations détaillées sur le frein dans la documentation (en ligne) correspondante.

Contenus du cours : « Commande de la vitesse de rotation »

Mise en service du moteur à courant continu avec le rhéostat de champ

Commande de la vitesse à l'aide de l'alimentation de courant d'induit

Fonctionnement dans l'étendue d'affaiblissement de champ

Réalisez le circuit selon le plan de couplage et de montage suivant. Intégrez un ampèremètre et un voltmètre dans le circuit d'induit. Intégrez un ampèremètre dans le circuit d'excitation. Mettez également le frein en service, le moteur n'est pas chargé.

21



« Commande de la vitesse de rotation »

22



« Commande de la vitesse de rotation »

Enregistrement des caractéristiques « Ia » et « n » en fonction de « Ua »


Alimentation CC réglable (tension du circuit d'induit) : 220 V Alimentation CC (tension du circuit d'excitation) : 210 V Rhéostat de champ : valeur minimum (0 Ω) Frein : mode « Torque Control »


A l'aide de l'alimentation réglable de courant continu, réduisez la tension du circuit d'induit en trois étapes (220 / 190 / 160 V).

Mesurez à chaque fois Ia et n et inscrivez les valeurs mesurées dans le tableau.

23


Enregistrement de la caractéristique « n » en fonction de « M » à l'aide du logiciel « ActiveDrive / ActiveServo »


Frein : Industrial Line : « PC Mode » Classic Line : « PC Mode »

Rhéostat de champ : valeur minimum (0 Ω) Alimentation CC réglable (tension du circuit d'induit) : 220/190/160 V Alimentation CC (tension du circuit d'excitation) : 210 V

Ua/V n/(1/min) Ia/A220 2188,0190

160

150 160 170 180 190 200 210 220 230 240Ua/V

0

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

n/(

1/m

in)

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

Ia/A

24



Lancez le logiciel « ActiveDrive / ActiveServo ». Sélectionnez dans le menu Réglage -> Mode de service -> Réglage du

moment. Le moteur doit être chargé jusqu'à son couple de rotation nominal. Remplissez le diagramme comme le montre l'emplacement réservé ci-après. Au total, trois caractéristiques en charge sont enregistrées successivement

pour les trois tensions prescrites du circuit d'induit. Après la mesure, exportez le diagramme avec les trois courbes et remplacez

l'emplacement réservé ci-dessous. Calculez le couple nominal du moteur avec la formule suivante :

Emplacement réservé pour le diagramme n(M), Ua=220/190/160V

Enregistrement des caractéristiques « If » et « n » en fonction de « Rf »


Frein : mode « Torque Control » Rhéostat de champ : valeur minimum (0 Ω) Alimentation CC : (circuits d'induit et d'excitation) 220/210 V

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Mettez l'alimentation de courant continu en marche. Variez la valeur Rf du rhéostat de champ en 3 étapes, pour atteindre les

régimes indiqués dans le tableau ( remarque : classe 0,3 kW ~ 2,2 kΩ ; classe 1 kW ~ 680 Ω).

Mesurez à chaque fois If et inscrivez les valeurs mesurées dans le tableau.

Enregistrement de la caractéristique « n » en fonction de « M » à l'aide du logiciel « ActiveDrive / ActiveServo »



Rhéostat de champ : valeur minimum (0 Ω)

n(1/min) If/mA2300,02600,03000,0

2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000n/(1/min)

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

If/m

A

26


Alimentation CC : (circuits d'induit et d'excitation) 220/210 V


Lancez le logiciel « ActiveDrive / ActiveServo ». Le moteur doit être chargé jusqu'à son couple de rotation nominal. Remplissez le diagramme comme le montre l'emplacement réservé ci-après. Trois caractéristiques sont enregistrées successivement pour trois valeurs de

rhéostat, à 2 300 min-1, 2 600 min-1 et 3 000 min-1 ( remarque : classe 0,3 kW ~ 2,2 kΩ ; classe 1 kW ~ 680 Ω)

Après la mesure, exportez le diagramme avec les trois courbes et remplacez l'emplacement réservé ci-dessous.

Emplacement réservé pour le diagramme n(M), 2 300 min-1/2 600 min-1/3 000 min-1

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Parmi les affirmations suivantes sur la modification de la vitesse de rotation, lesquelles sont correctes ?

Une diminution de la tension d'induit entraîne une réduction de la vitesse de rotation.

Une diminution du courant d'excitation entraîne une réduction de la vitesse de rotation.

Une augmentation de la tension d'induit entraîne une réduction de la vitesse de rotation.

Une diminution du courant d'excitation entraîne une augmentation de la vitesse de rotation.


28


Plan de montage : « Caractéristique en charge »

Remarque : l'alimentation CC ne peut être réglée que lorsque le moteur est connecté. Vous trouverez des informations détaillées sur le frein dans la documentation (en ligne) correspondante.

Contenus du cours : « Caractéristique en charge »

Enregistrement de la caractéristique en charge du moteur Calcul du couple nominal Détermination du rendement maximum Réaction du moteur aux charges

Réalisez le circuit selon le plan de couplage et de montage suivant. Intégrez un ampèremètre et un voltmètre dans le circuit d'induit /

d'excitation. Mettez également le frein en service, le moteur n'est pas chargé.

29



« Caractéristique en charge »

30




31


Enregistrement des caractéristiques en charge du moteur à l'aide du logiciel « ActiveDrive / ActiveServo »



Alimentation CC : (circuits d'induit et d'excitation) 220 V


Lancez le logiciel « ActiveDrive / ActiveServo ». Le moteur doit être chargé jusqu'à son couple de rotation nominal. Remplissez le diagramme comme le montre l'emplacement réservé ci-après. Les paramètres suivants doivent être enregistrés : rendement η(M) (η =>

„Eta“), courant d'induit IA, puissance utile P2 et vitesse de rotation n(M). Avant de démarrer la mesure, vous devez encore répondre à la question du

couple de rotation mininal que vous avez déterminé au cours de l'expérience sur la « commande de la vitesse de rotation ».

Après la mesure, exportez le diagramme et remplacez l'emplacement réservé ci-dessous.

A partir du diagramme, déterminez le rendement maximum.

32


Le couple nominal s'élève à :

Emplacement réservé pour le diagramme η(M) (η => „Eta“), IA(M), P2(M), n(M)

Le rendement maximum « η » du moteur shunt s'élève à :

MN= ____Nm

η= env. ____%

33


34

EEM2 Machines à courant continu Génératrice shunt à courant continu à excitation séparée

Génératrice shunt à courant continu, à excitation séparée

Commande de la tension (gamme de réglage de champ) Sens de la tension (polarité) Caractéristique en charge

Aux pages suivantes, vous allez réaliser les exercices suivants sur la « génératrice shunt à courant continu à excitation séparée » :

35


36


Instructions de montage : « Commande de la tension »

Remarque : l'alimentation CC ne peut être réglée que lorsque le circuit d'excitation est connecté.


Contenus du cours : « Commande de la tension »

Connexion de la machine comme génératrice shunt à CC à excitation séparée

Influence des grandeurs sur la tension de sortie de la génératrice

Tension de sortie comme fonction de la vitesse de rotation Fonctionnement et tâche du rhéostat de champ

Réalisez le circuit selon le plan de couplage et de montage suivant. Intégrez un ampèremètre et un voltmètre dans le circuit d'excitation. Réglez le rhéostat sur 0 Ω. Réglez l'alimentation de courant continu sur une tension de 220 V. Au cours de cette expérience, nous allons utiliser le frein comme moteur

d'entraînement.

37


Plan de couplage de la génératrice shunt à courant continu à excitation séparée

« Commande de la tension »

38


Plan de montage de la génératrice shunt à courant continu à excitation séparée

« Commande de la tension »

39


Enregistrement de la caractéristique « UG » en fonction de « n » avec différents courants d'excitation


Frein : mode « Speed Control » Rhéostat de champ : valeur maximale ( remarque : classe 0,3 kW ~ 2,2 kΩ ;

classe 1 kW ~ 680 Ω) Alimentation CC : (circuit d’excitation) 220 V Méthode de mesure à multimètre : moyenne arithmétique (« Mean »).


Mettez la génératrice en service. Réglez d'abord le moteur d'entraînement à une vitesse de 2000 1/min. Sur le rhéostat de champ, réglez les courants d'excitation mentionnés dans le

tableau. Commencez par Iexc.=0 mA. Au fur et à mesure que la vitesse est réduite (voir tableau), mesurez à chaque

fois la tension générée UG.

Ierr.=0mA Ierr.=50mA Ierr.=70mA Ierr.=90mAn/(1/min) Ug/V Ug/V Ug/V Ug/V

20001800160014001200

40


Pourquoi la génératrice fournit-elle une faible tension lorsque le courant d'excitation I = 0 mA ?

Parmi les grandeurs suivantes, lesquelles exercent une influence directe sur la tension de la génératrice ?

1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000n/(1/min)

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

Ug

(Ier

r=0)

/V

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

Ug

(Ier

r.=

50m

A)/

V

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

Ug

(Ier

r.=

70m

A)/

V

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225U

g(I

err.

=90

mA

)/V

La tension résulte de l'imprécision des appareils de mesure utilisés.

Le mouvement de rotation rapide du rotor entraîne un chargement statique de la génératrice. Cette charge est mesurable et représente une faible tension.

Cette tension est provoquée par la rémanence du champ d'excitation.

L'intensité du champ coercitif de l'enroulement d'excitation suffit pour générer une faible tension à l'état désactivé.

la tension du champ d'excitation

la vitesse de rotation

le couple de marche à vide

le courant d'excitation

la polarité de l'enroulement d'induit

Plusieurs réponses peuvent être correctes

41


42


Instructions de montage : « Sens de la tension »



Contenus du cours : « Sens de la tension »

Rapport entre le sens de connexion de l'enroulement d'excitation et le sens de rotation de la génératrice quant à la tension qui en résulte

Réalisez le circuit selon le plan de couplage et de montage suivant. Intégrez un ampèremètre et un voltmètre dans le circuit d'excitation. Réglez le rhéostat sur 0 Ω. Réglez l'alimentation de courant continu sur une tension de 220 V. Au cours de cette expérience, nous allons utiliser le frein comme

moteur d'entraînement.

43



« Sens de la tension »

44



« Sens de la tension »

45


Propriétés de la génératrice en cas d'inversion de polarité de l'enroulement d'excitation et en cas d'inversion du sens de rotation


Frein : mode « Speed Control » Rhéostat de champ : valeur minimum (0 Ω) Alimentation CC : (circuit d'excitation) 220 V


Mettez la génératrice en service. Réglez d'abord le moteur d'entraînement à une vitesse de 2 000 1/min. Mesurez la tension de la génératrice UG. A présent, inversez la polarité de l'enroulement d'excitation, puis le sens de

rotation du moteur d'entraînement. Après chaque changement, mesurez également la tension de la génératrice

UG.

Parmi les affirmations suivantes, laquelle est correcte ?

La polarité de la tension de la génératrice est indépendante du sens de rotation de la génératrice.

La polarité de l'enroulement d'excitation et le sens de rotation de la génératrice déterminent la polarité de la tension de la génératrice.

La polarité de la tension de la génératrice ne peut pas être modifiée, elle reste toujours la même de par sa construction.

46



Enregistrement et interprétation de la caractéristique en charge de la génératrice shunt à courant continu à excitation séparée

Rapport entre la tension de la génératrice, le courant d'induit, le courant d'excitation et la vitesse de rotation

47


Instructions de montage : « Caractéristique en charge »



Réalisez le circuit selon le plan de couplage et de montage suivant. Intégrez un ampèremètre et un voltmètre dans le circuit d'excitation /

d'induit. Le circuit d'induit est relié à la résistance de charge. Au cours de cette expérience, nous allons utiliser le frein comme


48






49


Enregistrement de la caractéristique en charge de la génératrice avec différents courants d'excitation


Frein : mode « Speed Control » Alimentation CC : (circuit d'excitation) 220 V Rhéostat de champ : valeur minimum (0 Ω) Résistance de charge : maximum ( remarque : classe 0,3 kW ~ env. 1 kΩ ;

classe 1 kW ~ env. 440 Ω)


Le moteur d'entraînement est démarré à une vitesse de 2 000 1/min, la génératrice étant hors charge (résistance de charge maximale).

Enregistrement des caractéristiques en charge à l'aide des courants d'induit indiqués dans le tableau, avec deux courants d'excitation nominaux différents (50% et 100% du courant d'excitation nominal).

Mesurez les grandeurs UG (tension de la génératrice) et P2(puissance utile) en augmentant progressivement le courant d'induit IG.

Augmenter le courant d'induit en réduisant la résistance de charge. Calculez la puissance utile et reportez toutes les valeurs mesurées dans les

tableaux.

La puissance électrique utile est calculée de la manière suivante :

P2=UG*IG; UG[V], IG[A], P2[W]

50


100% du courant d'excitation nominal

50% du courant d'excitation nominal

Ig/A 0,30 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40Ug/VP2/W

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5Ig/A

0

50

100

150

200

250

300

350

Ug

/V

0

50

100

150

200

250

300

350

P2

/W

Ig/A 0,30 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40Ug/VP2/W

51


0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5Ig/A

0

50

100

150

200

250

300

350

Ug

/V

0

50

100

150

200

250

300

350

P2

/W

52

EEM2 Machines à courant continu Génératrice shunt à courant continu auto-excitée

Génératrice shunt à courant continu auto-excitée

Sens de rotation et polarité Caractéristique en charge

Aux pages suivantes, vous allez réaliser les exercices suivants sur la « génératrice shunt à courant continu auto-excitée » :

53


54


Instructions de montage : « Sens de rotation et polarité »


Contenus du cours : « Sens de rotation et polarité »

Rapport entre le sens de connexion de l'enroulement d'excitation et le sens de rotation de la génératrice quant à la tension qui en résulte

Réalisez le circuit selon le plan de couplage et de montage suivant. Intégrez un ampèremètre et un voltmètre dans le circuit d'induit. Intégrez un ampèremètre dans le circuit d'excitation. Le circuit d'induit est relié à la résistance de charge. Au cours de cette expérience, nous allons utiliser le frein comme moteur

d'entraînement.

55


Plan de couplage de la génératrice shunt à courant continu auto-excitée

« Sens de rotation et polarité »

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Plan de montage de la génératrice shunt à courant continu auto-excitée

« Sens de rotation et polarité »

Propriétés de la génératrice en cas d'inversion du sens de rotation


Frein : mode « Speed Control » Rhéostat de champ : valeur minimum (0 Ω) Résistance de charge : maximum ( remarque : classe 0,3 kW ~ 1 kΩ ;

classe 1 kW ~ 440 Ω) Méthode de mesure à multimètre : moyenne arithmétique (« Mean »).

57



Mettez la génératrice en marche en démarrant le moteur d'entraînement à une vitesse de 2 000 1/min.

Mesurez la tension de la génératrice UG et reportez-la dans le champ correspondant au sens de rotation de la génératrice.

A présent, inversez le sens de rotation du moteur d'entraînement. Ensuite, mesurez encore une fois la tension de la génératrice UG et reportez-

la dans le champ correspondant.

La tension de la génératrice en cas de marche à gauche s'élève à :

La tension de la génératrice en cas de marche à droite s'élève à :

Parmi les affirmations suivantes sur la tension de la génératrice, laquelle est correcte ?

UG= ____ V

UG= ____ V

La tension de la génératrice est identique pour les deux sens de rotation.

En cas de marche à droite, la tension de la génératrice est la plus élevée.

La tension de la génératrice est nulle pour les deux sens de rotation.

En cas de marche à droite, la tension de la génératrice est légèrement moins élevée qu'en cas de marche à gauche.

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Enregistrement et interprétation de la caractéristique en charge de la génératrice shunt à courant continu auto-excitée

Rapport entre la tension de la génératrice, le courant d'excitation et la vitesse de rotation

Réalisez le circuit selon le plan de couplage et de montage suivant. Intégrez un ampèremètre et un voltmètre dans le circuit d'induit. Intégrez un ampèremètre dans le circuit d'excitation. Le circuit d'induit est relié à la résistance de charge. Au cours de cette expérience, nous allons utiliser le frein comme


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Plan de couplage de la génératrice shunt à courant continu auto-excitée


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Plan de montage de la génératrice shunt à courant continu auto-excitée


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Enregistrement de la caractéristique en charge de la génératrice


Frein : mode « Speed Control » Rhéostat de champ : valeur minimum (0 Ω) Résistance de charge : maximum ( remarque : classe 0,3 kW ~ env. 1 kΩ ;

classe 1 kW ~ env. 440 Ω)


Mettez la génératrice en service. Réglez d'abord le moteur d'entraînement à une vitesse de 2 000 1/min. Veillez au bon sens de rotation du moteur que vous avez déterminé au cours

de l'expérience « Sens de rotation et polarité ». À présent, réglez le courant d'excitation nominal à l'aide du rhéostat de

champ. Réduisez la résistance par étapes régulières. Mesurez la tension de la génératrice UG, le courant d'induit IG, puis calculez la

puissance utile P2. Reportez les valeurs dans le tableau.

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Choisissez les affirmations correctes sur la caractéristique en charge.

Ug/V Ig/A P2/W

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200U/V

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Ig/A

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

P2

/W

P2 dépend de la résistance de charge.

P2

Les caractéristiques P2 et IG présentent la même tendance.

La tension de la génératrice UG diminue au fur et à mesure qu'augmente la charge.

Le courant d'induit est constant.

Plusieurs réponses peuvent être correctes sein

63


64

EEM2 Machines à courant continu Moteur série à courant continu

Moteur série à courant continu

Câblage et démarrage Inversion du sens de rotation Caractéristiques en charge pour différentes tensions

Aux pages suivantes, vous allez réaliser les exercices suivants sur le « moteur série à courant continu » :

65


66


Instructions de montage : « Câblage et démarrage »

Remarque : l'alimentation CC ne peut être réglée que lorsque le moteur est

connecté.


Contenus du cours : « Câblage et démarrage »

Connexions du moteur et utilisation du moteur comme moteur série Mise en service du moteur avec le frein Câblage du moteur avec le démarreur Fonction du démarreur Mesure de la tension et du courant du moteur Détermination du rendement

Réalisez le circuit selon le plan de couplage et de montage suivant. Intégrez un ampèremètre et un voltmètre dans le circuit du moteur. Mettez également le frein en service, le moteur n'est pas chargé.

67


Plan de couplage du moteur série à courant continu


68


Plan de montage du moteur série à courant continu


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Détermination du rendement (nominal)


Frein : mode « Torque Control » ( remarque : le frein doit être activé en tous les cas).

Démarreur : valeur minimum (0 Ω) Alimentation CC : 220 V Méthode de mesure à multimètre : moyenne arithmétique (« Mean »).


Freinez le moteur jusqu'à son couple de rotation nominal. Mesurez le courant du moteur. Avec la formule indiquée ci-après, mesurez le rendement du moteur en vous

servant des données caractéristiques et des grandeurs mesurées.

Veillez à ne pas faire marcher le moteur sans charge, il risquerait sinon de « s'emballer » !

Le rendement est défini comme suit :

P2=Mn*ω, P1=UM*IM, ω=2*π*n

Le rendement « η » du moteur série s'élève à :

η=P2/P1

η= env. ____%

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Enregistrement d'une caractéristique en charge (avec démarreur)


Frein : mode « Torque Control » (le frein doit être activé en tous les cas). Démarreur : valeur minimum (0 Ω) Alimentation CC : 220 V


Freinez le moteur avec 0,5 fois son couple de rotation nominal. A présent, modifiez le démarreur en cinq étapes (0 à 100% de sa valeur

maximale) ( remarque : classe 0,3 kW ~ 47 Ω ; classe 1 kW ~ 16 Ω) Mesurez le courant et la tension du moteur. Reportez les valeurs mesurées dans le tableau.

U/V n/(1/min) I/A

150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250U/V

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

n /(

1/m

in)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

I/A

71


72


Définition du sens de rotation Lorsqu'on observe depuis la machine de travail (dans notre exemple depuis le frein) sur le bout d'arbre moteur, on constate que le sens de rotation est positif si l'arbre tourne à droite. Si un moteur dispose de deux bouts d'arbre utiles, le bout d'arbre opposé au ventilateur, au collecteur ou aux bagues collectrices est toujours celui qui définit le sens de rotation.

Contenus du cours : « Inversion du sens de rotation »

Différences entre la marche à droite et la marche à gauche Mise en service du moteur pour les deux sens de rotation

73


Instructions de montage : « Inversion du sens de rotation »



Réalisez le circuit selon le plan de couplage et de montage suivant. Intégrez un ampèremètre et un voltmètre dans le circuit du moteur. Mettez également le frein en service, le moteur n'est pas chargé. Réglez le démarreur sur 0Ω. Réglez l'alimentation de courant continu sur une tension de 220 V.

74




75




Détermination du sens de rotation


Frein : mode « Torque Control » (le frein doit être activé en tous les cas). Démarreur : valeur maximale ( remarque : classe 0,3 kW ~ 47 Ω ; classe 1

kW ~ 16 Ω) Alimentation CC : 220 V



Veillez à ne pas faire marcher le moteur sans charge, il risquerait sinon de « s'emballer » !

76





77


A présent, modifiez le plan de couplage de la manière suivante :



(sens de rotation inversé)

78


Quel est maintenant le sens de rotation du moteur ?



79


80






Rapports entre la charge de la machine série et la vitesse de rotation et du courant d'induit

Réalisez le circuit selon le plan de couplage et de montage suivant. Intégrez un ampèremètre et un voltmètre dans le circuit du moteur. Mettez également le frein en service, au début le moteur n'est pas

chargé.

81




82




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Enregistrement des caractéristiques en charge du moteur à l'aide du logiciel « ActiveDrive / ActiveServo »


Frein : Industrial Line : « PC Mode » Classic Line : « Application Mode » ( remarque : lorsque vous lancez

le logiciel « DCMA », vous serez invité à sélectionner « Application Mode »)

ActiveDrive / ActiveServo : Réglage -> Mode de service -> Réglage du régime

Alimentation CC : (circuit du moteur) 220 V


Lancez le logiciel « ActiveDrive / ActiveServo ». Démarrez impérativement le frein à 3 000 min-1 avant d'allumer le moteur,

sinon ce dernier risque de s'emballer.. Freinez le moteur en 20 étapes au moyen de la fonction de rampe, de 3 000

min-1 à 1 600 min-1. Remplissez les diagrammes comme le montrent les emplacements réservés

ci-après. Dans le premier diagramme, représentez les paramètres suivants : le courant

de moteur I(M), la tension de moteur U(M) et le couple de rotation M(M). Dans le deuxième diagramme, représentez les paramètres suivants :

puissance électrique absorbée et mécanique utile (P1(M), P2(M)) ainsi que le rendement qui en résulte η(M) (η => „Eta“)

Après la mesure, exportez le diagramme et remplacez l'emplacement réservé ci-dessous.

A partir du deuxième diagramme, déterminez le degré de rendement maximum.

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Emplacement réservé pour le diagramme U(M), I(M), M(M)

Emplacement réservé pour le diagramme η(M) (η => „Eta“), P1(M), P2(M)

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Le rendement maximum « η » du moteur série s'élève à :

Parmi les affirmations suivantes sur les diagrammes de charge, lesquelles sont correctes ?

Pourquoi le moteur série ne doit-il jamais fonctionner hors charge ?

η= env. ____%

Le champ d'excitation et le courant d'induit sont faibles lorsque les charges sont faibles.

Le courant d'induit augmente de manière linéaire au fur et à mesure qu'augmente la charge.

Le degré de rendement « η » est constant.

La vitesse de rotation est inversement proportionnelle au couple de rotation.

Lorsque la charge est faible, la vitesse de rotation et le courant d'induit augmentent.

La vitesse de rotation diminue fortement au fur et à mesure qu'augmente la charge.


Sans charge, la vitesse de rotation diminue rapidement.

Sans charge, le moteur risque de « s'emballer ».

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EEM2 Machines à courant continu Moteur compound à courant continu

Moteur compound à courant continu

Caractéristiques en charge pour différentes conditions de compounds

Aux pages suivantes, vous allez réaliser les exercices suivants sur le « moteur compound à courant continu » :

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Contenus du cours : « Caractéristiques en charge pour différentes conditions de compounds »

Connexions du moteur et utilisation du moteur comme moteur compound

Mise en service du moteur avec le frein Enregistrement des caractéristiques en charge avec différentes

parts série Différences entre le moteur hypercompoundé, normalement

compoundé et sous-compoundé Comparaison entre la machine compound et les machines série

et shunt

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Instructions de montage : « Caractéristiques en charge »



Plan de couplage de la machine compound

« Caractéristiques en charge pour différentes conditions de compound »

(100% de part série - « hypercompoundé »)

Réalisez le circuit selon le plan de couplage et de montage suivant. Intégrez un ampèremètre et un voltmètre dans le circuit du moteur. Mettez également le frein en service, le moteur n'est pas chargé.

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Plan de montage de la machine compound


(100% de part série - « hypercompoundé »)

Enregistrement des caractéristiques en charge du moteur dans différentes conditions de compound à l'aide du logiciel « ActiveDrive / ActiveServo »



Alimentation CC : (circuit du moteur) 220 V Méthode de mesure à multimètre : moyenne arithmétique (« Mean »).

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Lancez le logiciel « ActiveDrive / ActiveServo ». Le moteur doit être chargé jusqu'à 1,5 fois son couple de rotation nominal. Remplissez le diagramme comme le montre l'emplacement réservé ci-après. Procédez à trois mesures dans différentes conditions de compound (100%,

70% et 30% de la part série) et enregistrez à chaque fois deux diagrammes avec différents paramètres.

Dans le premier diagramme, représentez les paramètres suivants : courant de moteur I(M), tension de moteur U(M) et vitesse de rotation n(M).

Dans le deuxième diagramme, représentez les paramètres suivants : puissance électrique absorbée et mécanique utile (P1(M), P2(M)), ainsi que le rendement qui en résulte η(M) (η => „Eta“)

Après la mesure, exportez les diagrammes et remplacez les emplacements réservés ci-dessous.

A partir du deuxième diagramme, déterminez le degré de rendement maximum.

Emplacement réservé pour le diagramme U(M), I(M), n(M)

(100% de part série – « hypercompoundé »)


(100% de part série – « hypercompoundé »)

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(70% de part série - « normalement compoundé »)

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Emplacement réservé pour le diagramme U(M), I(M), n(M) (70% de part série – « normalement compoundé »)


(70% de part série – « normalement compoundé »)

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(30% de part série - « sous-compoundé »)

Emplacement réservé pour le diagramme U(M), I(M), n(M)

(30% de part série – « sous-compoundé »)

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(30% de part série – « sous-compoundé »)

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Dans quelle condition de compound obtient-on le rendement maximum « η » ?

Le degré de rendement maximum « η » du moteur compound dans les conditions de compound respectives s'élève à :

Parmi les affirmations suivantes sur le moteur compound, lesquelles sont correctes lorsqu'on observe les diagrammes ?

100% shunt / 70% série



η= env. ____%

Sous charge, dans toutes les conditions de compound, la vitesse de rotation du moteur compound diminue plus fortement qu'avec le moteur shunt.

Hors charge, le moteur compound peut « s'emballer » tout autant que le moteur série.

Plus la part série est importante, plus la réduction de la vitesse de rotation sous charge est faible.

Plus la part série est faible, plus la réduction de la vitesse de rotation sous charge est faible.

Lorsque la polarité de l'enroulement série est inversée, la vitesse de rotation augmente, car l'enroulement shunt est affaibli.

Lorsque la polarité de l'enroulement série est inversée, la vitesse de rotation augmente, car le champ de l'enroulement shunt est accru.


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EEM2 Machines à courant continu Copyright

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