Expérimentation: TP-cours Hacheur série et commande Moteur

ON RAPPELLE QUE LES CONSIGNES DE TP DOIVENT ÊTRE APPLIQUÉES ET SIGNÉES

BUT : OBSERVATION DES CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT DU HACHEUR SÉRIE SANS RÉCUPÉRATION .UTILISATION À LA COMMANDE DE VITESSE DU MOTEUR À COURANT CONTINU. COMPARAISON AVEC LES

RÉSULTATS THÉORIQUES

MONTAGE : r = 1Ω/5W ; L = 10 mH ; T : 2N5321 ou BC141 ; Rb = 47 ; M et G (3 à 9V-0.2 A max)La diode D est une 1N4148 plus rapide que la 1N4004. Rc : boite à décade .

G

ig

UgRc

Diagramme réalisé par modification d'un fichier autocad 10 (.dxf) avec openoffice draw, libre et gratuit

Les styles d' extrêmités de lignes, sont applicables au lignes SANS FLÊCHES .

Le GBF fournit un signal carré à f = 10 KHz et de rapport cyclique α réglable :

-1 V

5 V

la masse du gbf doit être différente de celle de l’alimentation et de l’oscilloscope.

[Classe I: Masse à la terre ( prise 2P+T ); Classe II (Prise 2P)]

BC141 en boitier TO39

Le moteur utilisé sera accouplé à une machine du même type :Inducteur à aimants permanents,

INDUIT À 3 LAMES AU COLLECTEUR et 2 voies d’enroulement. Rotor à 3 pôles saillants en tôles feuilletées .

Elle fonctionne donc en génératrice à vide .

On rappelle que pour ce type de machine à NOMBRE L DE LAMES IMPAIR, la fréquence de rotation n(tr/s) vérifie :

n(tr/s) = fond (Hz) / 2L

La fréquence d’ondulation fond sera mesurée sur l’oscillogramme de la tension vm(t) aux bornes du moteur .

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PRÉPARATION:

1/ Placer les bornes d'entrées de l'oscilloscope pour relever ud (YA) et r.is (YB). Indiquer si l'oscilloscope est de classe I (Masse à la «Terre locale »)ou de classe II (Masse Flottante).

2/ De même pour relever vm en concordance avec r.is (YB) .

PROCÉDURE:

0/ Réaliser le montage , pour relever ud (YA) et r.is (YB), et le faire vérifier par le professeur . Régler le GBF à vide avec ~ 0.5, et montrer un relevé au professeur. Vérifier le fonctionnement en variant .

1/ La génératice étant à vide, relever vm (YA) et r.is (YB) pour = 0,5 et = 0,8.

Montrer les relevés l'enseignant. Relever Vm = (vm)moy et Ud = (ud)moy dans chaque cas, ainsi que n (tr/s) .

2/ Charger G et diminuer Rc raisonnablement avec la limite ( IG max = 0.3 A ). Le couple résistant et donc le couple moteur augmente .

Relever ud (YA) et r.is (YB) et mesurer Ud = (ud)moy , ( is ) moy et is = ismax – ismin , avec = 0,5 ;pour IG = 0,1 A puis IG = 0,3 A.

3/ Ondulation de is :

Relever ud (YA) et r.is (YB) pour f = 1 Khz et f = 10 Khz . Mesurer l'ondulation is = ismax – ismin

Relever ud (YA) et r.is (YB) pour f = 10 Khz et L = 10mH puis 33 mH .

Mesurer l'ondulation is = ismax – ismin

Relever ud (YA) et r.is (YB) pour f = 10 Khz et L = 10mH, avec = 0,5 puis = 0,8.

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EXPLOITATION ET ANALYSE :

EXPLOITATION EXPÉRIMENTALE:

Quelle est la grandeur électrique qui pilote n (tr / s ) ? justifier.

Quelle est la grandeur électrique qui pilote principalement Tu , le couple utile ? Justifier.

Relever dans un tableau ∆ is = ismax – ismin en valeur absolue et en % de ismoy , ainsi que les autres mesures .

IG = 0 A ( G à vide) IG = 0 A IG = 0 A

F = 1 Khz F = 10 Khz F = 1 Khz F = 10 Khz F = 1 Khz F = 10 Khz

α = 0 .5 α = 0 .8 α = 0 .5 α = 0 .8 α = 0 .5 α = 0 .8 α = 0 .5 α = 0 ,8 α = 0 .5 α = 0 .8 α = 0 .5 α = 0 .8

VmUdIsΙs

Ιs / Is (%)n(tr /s ) ou Hz

Comment faire pour diminuer l'ondulation de is (on dit lisser is )? . Citer 3 méthodes en justifiant .

ANALYSE THÉORIQUE :

0/ Tracer le modèle de l’induit du moteur utilisé. Rappeler les formules de la F.E. M E(V) et du couple Tem(N.m ) d’un moteur à courant continu . En déduire quelle est la grandeur électrique qui théoriquement contrôle principalement la vitesse et celle qui contrôle le couple .

1/ Tracer les oscillogrammes théoriques de: ud , vm , id, is pour le montage, avec les hypothèses suivantes:

HYP:

τ L = L / (r + RL + rinduit ) >> T et fem e~ cte~ k. Ω durant T en raison de l'inertie mécanique du moteur,

Ω ~ cte durant la période T .

2/ Tracer (ud)moy = f( α, U ) , α rapport cyclique .

3/ Etablir le modèle de la branche de circuit contenant « L »(modèle série).

Ecrire l'équation différentielle liant ud, L.di/dt, Rcircuit, i, et e(t) la fem du moteur à courant continu .

On rappelle que la valeur moyenne de la tension uL aux bornes d'une bobine parfaite est nulle en régime périodique car uL = L.di/dt ; ( uL )moy = 0 en régime linéaire de période T En déduire la valeur moyenne E de e(t) et montrer que la vitesse angulaire de rotation Ω(rad/s) dépend de α .

Rcircuit = RL + Rinduit + r

4/ On donne ∆ is ( Théorique) ~ imax – imin = α.U.T (1- α) / L , si τ L = L / Rcircuit >> T ; Rcircuit = RL + Rinduit + r lors de la charge de L.

Calculer numériquement ∆ is pour α = 0.5 ; L = 10 mH ; f = 10 Khz

CONCLUSION = F (BUT) : En particulier comparer dans un tableau avec écarts relatifs, les valeurs théoriques et expérimentales .

Analyser le fonctionnement du hacheur dans l'alimentation d'un moteur à courant continu. Quel est le rendement Théorique du hacheur si l'on considère les interrupteurs diode et transistor comme parfait ? Estimer le rendement expérimental à partir des mesures effectuées que l'on précisera ainsi que les conditions du test .

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ANNEXECARACTÉRISTIQUES DU MOTEUR MABUCHI UTILISÉ SUR LE PETITS BANCS (M , G ) DU LABORATOIRE DE

PHYSIQUE APPLIQUÉERappel des Mesures

r = 13 ohmsk = 0,009 (V/(rad/s))U = 6 VIv = 0,048 mANv mes = 5223tr/mnimax mes(Calage) = 0,49 A

5,62

8,43

Valeurs Calculées

4,32E-004

5,9733E+02

4,5882E-01

4,6617E-01

5704

5,5573E-01

Ecarts Relatifs Calculs/Mesures

Pour imax(%)

Pour Nmax(%)

Tp=k.Iv ( U)(Nm)

[ U/k-r/k².Tp] (rd/s)

Rdt max

Imax (A)

Nmax (Tr/mn)

Pmax (W)

0000

E-3

5000

E-7

1000

E-6

1500

E-6

2000

E-6

2500

E-6

3000

E-6

3500

E-6

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

moteur MotccPhy sous U = 6 V (3-9 V)

N(Tu) (tr/mn)

I(Tu) (A)

P(Tu) (W)

Rendement(Tu)

Tu(N.m)

P(Tu

) (W

) , I(

Tu) (

A) ,

Rdt

(Tu)

TRACÉ DES CARACTÉRISTIQUES ÉLECTROMÉCANIQUES AVEC SCILABfichier graphiquescilab : motCC.scg et image: CaracMccMabuchiLaboPhyappli.png

Pour réutiliser la configuration des titres ,des axes..., il faut faire exécuter le graphique avec son script puis charger (File -> load),pour charger le fichier. On peut alors tout modifier dans l'éditeur graphique.

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ELÉMENTS DE CORRECTION:

Hacheur série à transistor YA( Ud); YB(r.is) r = 1Ω/5W ; L = 10 mH ; T : 2N5321 ; Rb = 47 ; M et G (3 à 9V-0.2 A max)La diode D est une 1N4148 plus rapide que la 1N4004.

Relevé d'un groupe d'étudiants de BTS2 2007:

Aucune description n'a été portée sur l'oscillogramme .

L'identification est impossible sauf, avec difficulté, pour celui qui a conçue, surveillée et déjà fait l'expérimentation .

Il aurait fallu, au minimum, mettre la description rajoutée dans les 2 premières lignes au dessous du relevé .

Ici, = 0,7 environ, alors que la procédure d'expérimentation demandait un relevé à = 0,5 et = 0,8 .

Le calibre YA(2V/Div) aurait dû être ramené à 1V/div pour avoir la sensibilité et la précision maximale .

La mesure de valeur efficace sur les voies A et B, est inutile .

Les mesures en voies B n'apparaissent pas.

Probablement en raison d'un nombre trop faible de périodes ,

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