Problèmes d'examen : le moteur à courant continu

Problèmes d'examen : le moteur à courant continu à excitation indépendante
TGM Problème 1 (1999) Les caractéristiques du moteur sont les suivantes :
< Machine à excitation indépendante, la force électromotrice E est
proportionnelle à la vitesse de rotation angulaire ? ( en rad/s ) :
E = K.? avec K = 1,31 V/rad.s-1;
< la résistance du circuit d'induit : R = 0,15 ? ;
< le moment du couple de pertes magnétiques et mécaniques est négligé : TP
= 0 ;
< la tension d'induit est constante : U = 260 V. 1.A.1 Le moteur est traversé par un courant d'intensité I = 170 A a) Représenter le modèle électrique équivalent de l'induit.
Calculer :
b) la force électromotrice E du moteur ;
c) la fréquence de rotation n du rotor en tr/min ;
d) les pertes pJ dissipées par effet Joule dans l'induit ;
e) la puissance utile Pu ;
f) le moment Tu du couple utile. 1.A.2 Le moteur entraîne le véhicule électrique.
Caractéristique mécanique du moteur. Deux essais préalables du moteur ont été réalisés :
. un essai à vide pour lequel no ' 1880 tr/min ;
. un essai en charge : n = 1700 tr/min et Tu = 234 N.m.
Tracer la caractéristique mécanique du moteur Tu ( n ) sur le document
réponse 1. Le véhicule roule en terrain plat Le moteur de la voiture est soumis à un couple résistant dont le
moment est lié à la fréquence de rotation par la caractéristique mécanique
TR ( n ) donnée sur le document-réponse 1.
i) Déterminer :
. le moment T1 du couple résistant ;
. la fréquence de rotation n1 ( en tr/min ) du moteur. ii) Justifier que Tu est proportionnel à I. En déduire
l'intensité I1 du courant traversant l'induit de la
machine. document réponse 1
Problème 2 (2000) Les moteurs d'un manège sont du type " courant continu ". On lit sur la
plaque signalétique d'un moteur les grandeurs nominales suivantes : INDUIT : U = 24V ; 1 = 50A n = 500 tr/min
INDUCTEUR: U = 24V; Iexc 2A
L'excitation indépendante assure un flux constant. 1. Donner le schéma équivalent de l'induit du moteur en précisant
l'orientation du courant et des tensions. Calculer la fém. du moteur en
régime nominal sachant que la résistance de l'induit est R = 0,08 ( 2. On admet la relation E=k.( dans laquelle ( représente la vitesse
angulaire de l'induit en rad/s, et E la f.é.m. en volts. En déduire le
coefficient k. 3. Sachant que T=k.I, avec T moment du couple électromagnétique du moteur
en N.m, et I intensité absorbée par l'induit en A, calculer le moment du
couple électromagnétique nominal Tn 4. Calculer la puissance nominale totale PAn absorbée par le moteur (induit
plus inducteur). 5. En déduire la puissance utile nominale Pun sachant que le rendement du
moteur est 62%. 6. Calculer le moment du couple utile nominal Tun. Problème 3 (2001) Dans un atelier d'optique, on dispose d'un tour à polir des lentilles dont
la tête d'usinage est entraînée par un moteur à courant continu à
excitation indépendante et constante. On donne les caractéristiques nominales suivantes: Inducteur : Ue = 200 V ; Ie = 0,2 A
Induit : UN = 230 V ; IN = 2 A
Résistance de l'induit : R = 0,5 ?
Fréquence de rotation : nN = 1500 tr/min 1) Représenter par un schéma électrique le modèle équivalent de l'induit. 2) On souhaite mesurer la puissance absorbée par l'induit. Pour cela, on
utilise un voltmètre et un ampèremètre. 2.a) Représenter sur la figure n°1 du document réponse le branchement des
appareils.
2.b) Pour chacun d'eux, donner le nom et le type de l'appareil et la
position du commutateur.
3) On suppose que le polissage impose au moteur de fonctionner en régime
nominal. 3.a) Déterminer la puissance totale absorbée par le moteur (induit +
inducteur).
3.b) Déterminer les pertes dissipées par effet Joule dans l'induit et
dans l'inducteur.
3.c) Le rendement du moteur étant de 85 %, déterminer :
3c1) la puissance utile de ce moteur,
3c2) les pertes collectives de ce moteur.
4) La partie utile de la caractéristique mécanique de ce moteur, alimenté
sous une tension d'induit UN = 230 V, est donnée sur la figure n°2 du
document-réponse. 4.a) Déterminer le moment Tu du couple utile lors du fonctionnement
nominal (on pourra vérifier que le point de fonctionnement au régime
nominal appartient à la caractéristique mécanique)
4.b) En fait, l'état de surface du matériau à polir impose au moteur un
couple résistant de moment constant et égal à TR = 2,0 N.m. Tracer sur
la figure n°2 du document-réponse la caractéristique mécanique de la
charge entraînée par le moteur et en déduire la fréquence de rotation
n de celui-ci.
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[pic] 0 1580 1460 1480 1500 1520 1540 1560 n (tr/min) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Le moteur 3,0 3,5 FIGURE N°2
Moteur
Tu N.m) FIGURE N°1 UN IN
[pic]
M