TP 7 - Étude du moteur asynchrone monophasé

TP N° 07 : Le Moteur asynchrone
monophasé
DÉROULEMENT DE LA SÉANCE
TITRE
ACTIVITÉS PROF
ACTIVITÉS ÉLÈVES
MOYEN
DURÉE
-
Fin du T.P. { 4 heures}
Page 1 sur 13
Tableau de comité de lecture
Date de lecture
30 novembre 2003
11 décembre 2003
Lecteurs
CROCHET David
CROCHET David
Observation
Première écriture et réaménagements mineurs
Ajout du dossier professeur
Remarques rédacteur
Date modifications
30 novembre 2003
11 décembre 2003
Quote of my life :
Fournir ma contribution aux autres est ma philosophie.
Et la vôtre ?
Si vous avez lu ce T.P. et que vous avez des remarques à faire, n'hésiter pas et écrivez-moi à l'adresse suivante :
E-Mail :
Ce dossier contient :
Adresse Professionnel :
[email protected]
Professeur de Génie électrique
Lycée Jean GUEHENNO
• Un dossier élève (pages 4 à -)
Rue pierre Huet
• Un dossier prof (pages - à - )
61105 FLERS
• Un dossier ressource (page - à -)
(Adresse valable jusqu'au 30/06/2004)
• Un transparent (page - )
Page 2 sur 13
TP N° 07
Le moteur asynchrone triphasé
Niveau : Tale BEP ELEC
Lieu : Salle de mesure
Durée : 4 heures
Organisation : groupe ½ classe, travail par binôme
LIAISON AU RÉFÉRENTIEL
•
PRÉ-REQUIS
Les élèves doivent être capables :
OBJECTIFS
Les élèves devront être capables de :
NIVEAU D'APPRENTISSAGE
-
Apprendre à (savoir intégré)
Apprendre à (savoir actif)
MÉTHODE
-
Active
Page 3 sur 13
EP3 – MESURES ET ESSAIS
B.E.P. ELEC
MESURES ET ESSAIS
DOSSIER PÉDAGOGIQUE
TP N° 07
Le moteur
asynchrone
monophas é
Objectif :
- Étudier le fonctionnement d'un moteur asynchrone monophasé
- Effectuer des mesures électriques de tension courant et puissance
- Effectuer des triangles de puissance
Matériel :
- 1 Moteur asynchrone monophasé
- 1 voltmètre
- 1 ampèremètre
- 1 wattmètre
- 1 centrale de mesures mécaniques
Documents :
- Formulaire
- Cours de techno-schéma
- Cours de mesures et essais
Secteur : Salle de mesure et d'essais
Durée : 4 heures
Nom, Prénom :
Classe, Groupe :
Page 4 sur 13
TP 7 - Étude du moteur asynchrone monophasé
1. But
Le moteur asynchrone sera étudié sur plusieurs T.P.. Nous allons voir les
caractéristiques du moteur asynchrone et de son comportement en fonction de sa
charge.
2. Partie Théorique : Installation monophasée
Une installation monophasée, 230 V AC, 50 Hz, comporte 30 lampes à
incandescence de 75 W chacune et un moteur monophasé de puissance utile de
2,25 kW, de rendement η = 0,75 et de facteur de puissance cops ϕ = 0,6
2.1. Représenter le schéma de l'installation et noter les grandeurs ci dessus
2.2. Calculer l'intensité I1 du courant dans les lampes
2.3. Calculer la puissance active absorbée par le moteur
2.4. Calculer l'intensité I2 du courant dans le moteur
2.5. Calculer la puissance active totale Pt de l'installation
2.6. Calculer la puissance réactive totale Qt de l'installation
2.7. Calculer la puissance apparente totale St de l'installation
2.8. Calculer l'intensité totale It en ligne de l'installation
2.9. Calculer le facteur de puissance de l'installation cos ϕ2
2.10.
Calculer la capacité du condensateur à installer pour relever le facteur de
puissance cos ϕ3 du moteur à 0,867
N.B. : pour relever le facteur de puissance de cos ϕ' à cos ϕ'', il faut un
condensateur de valeur C suivant les formules suivantes :
Qb = P (tan ϕ' – tan ϕ'')
Qb = U² C ω
2.11.
Pour l'installation complète de fonctionnement, le cos ϕ3 du moteur étant
à 0,867, calculer la puissance réactive du moteur QM2
2.12.
Calculer la puissance apparente totale St2 de l'installation
2.13.
Calculer le facteur de puissance cos ϕ4 de l'installation
Page 5 sur 13
3. Partie théorique : Ligne électrique
Une ligne électrique de 50 m est constituée de 2 conducteurs en cuivre de section
S de 1,5 mm². Elle transporte un courant d'intensité I de 8 A, à partir d'une source
de tension U de 230 V continu. Résistivité du cuivre : ρ = 1,6.10-8 Ω.m
I
R
Utilisation
UA
U
R
I
3.1. Calculer la résistance de chaque conducteur
3.2. Calculer la chute de tension ∆U en ligne
3.3. Déterminer la tension d'utilisation UA.
3.4. Calculer la puissance perdue par effet joule dans cette ligne
4. Partie théorique : Association de condensateurs
On dispose de trois condensateurs purs :
- C1 = 2 µF / 10 V
- C2 = 8 µF / 100 V
- C3 = 0,4 µF / 100 V
On vous demande de calculer :
4.1. La capacité équivalent C12 de C1 et C2 montées en série
4.2. La capacité équivalente C123 de C1, C2 et C3 montées en série
4.3. La capacité équivalente C321 de C1, C2 et C3 montées en parallèle
4.4. Donner la tension que l'ensemble C321 peut supporter
4.5. Dessiner le schéma et calculer la capacité équivalente C31 du montage
suivant : C3 en parallèle de C1 et C2 montées en série
4.6. Calculer l'impédance Z de cet ensemble pour une fréquence de 50 Hz
Page 6 sur 13
5. Partie pratique : Moteur monophasé à vide et en charge
5.1. Proposer un schéma de montage avec les mesureurs nécessaires pour relever à
vide puis en charge à la puissance nominale P, S, Q et cos ϕ par mesure
directe.
5.2. Proposer un mode opératoire (indiquer comment vous allez faire [allumer tel
truc, baisser tel bouton, augmenter progressivement tel machin…]) pour
effecteur ces essais en toute sécurité
5.3. Proposer un tableau permettant de regrouper les résultats de ces essais
5.4. Monter vos explications et schémas au professeur et avec son accord, effectuer
le montage
5.5. Effectuer vos mesures
5.6. Compléter votre tableau
5.7. Représenter les diagrammes de puissance (triangle des puissances) relatifs à
l'essai à vide et à l'essai en charge
5.8. Commenter vos résultats (comparer le cos ϕ à vide et en charge, comparer par
rapport aux informations de la plaque signalétique)
Page 7 sur 13
EP3 – MESURES ET ESSAIS
B.E.P. ELEC
MESURES ET ESSAIS
DOSSIER PROFESSEUR
TP N° 07
Le moteur
asynchrone
monophas é
Objectif :
- Étudier le fonctionnement d'un moteur asynchrone monophasé
- Effectuer des mesures électriques de tension courant et puissance
- Effectuer des triangles de puissance
Matériel :
- 1 Moteur asynchrone monophasé
- 1 voltmètre
- 1 ampèremètre
- 1 wattmètre
- 1 centrale de mesures mécaniques
Documents :
- Formulaire
- Cours de techno-schéma
- Cours de mesures et essais
Secteur : Salle de mesure et d'essais
Durée : 4 heures
Nom, Prénom :
Classe, Groupe :
Page 8 sur 13
TP 7 - Étude du moteur asynchrone monophasé
1. But
Le moteur asynchrone sera étudié sur plusieurs T.P.. Nous allons voir les
caractéristiques du moteur asynchrone et de son comportement en fonction de sa
charge.
2. Partie Théorique : Installation monophasée
Une installation monophasée, 230 V AC, 50 Hz, comporte 30 lampes à
incandescence de 75 W chacune et un moteur monophasé de puissance utile de
2,25 kW, de rendement η = 0,75 et de facteur de puissance cos ϕ = 0,6
2.1. Représenter le schéma de l'installation et noter les grandeurs ci dessus
230 V
50 Hz
Pu = 2,25 kW
30 x
cos ϕ = 0,6
η = 0,75
75 W
MAS
1~
2.2. Calculer l'intensité I1 du courant dans les lampes
P = UI cos ϕ, or, pour des lampes, ϕ = 0° Î cos ϕ = 1 donc P = UI Î I =
P 30 × 75
=
U
230
I = 9,78
I1 = 9,78 A
2.3. Calculer la puissance active absorbée par le moteur
η=
Pu
P
2,25.103
Î Pa = u =
= 3.103
Pa
η
0,75
Pa = 3 kW
2.4. Calculer l'intensité I2 du courant dans le moteur
Pa = U I cos ϕ Î I =
Pa
3.103
=
=21,7
U × cos ϕ 230 × 0,6
I2 = 21,7 A
Page 9 sur 13
2.5. Calculer la puissance active totale Pt de l'installation
Pt = Plampes + Pmoteur = 30 × 75 + 3.103 = 5,25.103
Pt = 5,25 kW
2.6. Calculer la puissance réactive totale Qt de l'installation
Qt = Qlampes + Qmoteur.
Qlampes = 0 car ϕ = 0 et sin ϕ = 0
Qmoteur = U I sin ϕ = 230 × 21,7 × sin ϕ.
cos ϕ = 0,6 Î sin ϕ = 0,8
Qmoteur = 230 × 21,7 × 0,8 = 3,99.103
Qt = 3,99 kvar
2.7. Calculer la puissance apparente totale St de l'installation
St= Pt2 + Q 2t =
(5,25.10 ) + (3,99.10 )
3 2
3 2
=6,59.103
St = 6,59 kVA
2.8. Calculer l'intensité totale It en ligne de l'installation
St = U . It Î It =
St
6,59.103
=
= 28,7
U
230
It = 28,7 A
2.9. Calculer le facteur de puissance de l'installation cos ϕ2
Pt 5,25.103
Pt = St.cos ϕ2 Î cos ϕ2= =
=0,797
St 6,59.103
cos ϕ2 = 0,797
2.10.
Calculer la capacité du condensateur à installer pour relever le facteur de
puissance cos ϕ3 du moteur à 0,867
N.B. : pour relever le facteur de puissance de cos ϕ' à cos ϕ'', il faut un
condensateur de valeur C suivant les formules suivantes :
Qb = P (tan ϕ' – tan ϕ'')
Qb = U² C ω
cos ϕ' = cos ϕ2 = 0,797 Î tan ϕ' = 0,757
cos ϕ'' = cos ϕ3 = 0,867 Î tan ϕ'' = 0,574
Qb = P (tan ϕ' – tan ϕ'') = 3.103 ( 0,757 – 0,574) = 549
Qb = U² C ω Î C =
Qb
549
=
=33,0.10-6
2
2
U × ω 230 × 2π × 50
C = 33µF
Page 10 sur 13
2.11.
Pour l'installation complète de fonctionnement, le cos ϕ3 du moteur étant
à 0,867, calculer la puissance réactive du moteur QM2
QM2 = Qmoteur – Qb = 3,99.103 – 549 = 3,44.103
QM2 = 3,44 kvar
2.12.
Calculer la puissance apparente totale St2 de l'installation
St2= Pt2 + Q 2M2 =
(5,25.10 ) + (3,44.10 )
3 2
3 2
=6,28.103
St = 6,28 kVA
2.13.
Calculer le facteur de puissance cos ϕ4 de l'installation
Pt = St2.cos ϕ4 Î cos ϕ4=
Pt 5,25.103
=
=0,836
St2 6,28.103
cos ϕ2 = 0,836
3. Partie théorique : Ligne électrique
Une ligne électrique de 50 m est constituée de 2 conducteurs en cuivre de section s
de 1,5 mm². Elle transporte un courant d'intensité I de 8 A, à partir d'une source de
tension U de 230 V continu. Résistivité du cuivre : ρ = 1,6.10-8 Ω.m
I
R
Utilisation
U
UA
R
I
3.1. Calculer la résistance de chaque conducteur
L
s
R = ρ = 1,6.10-8
50
= 0,533
1,5.10- 6
R = 0,533 Ω
3.2. Calculer la chute de tension ∆U en ligne
∆U = R.I = 0,533 × 8 = 4,27
∆U = 4,27 V
3.3. Déterminer la tension d'utilisation UA.
UA = U – 2 ∆U = 230 – 2 × 4,27 = 221
Page 11 sur 13
UA = 221 V
3.4. Calculer la puissance perdue par effet joule dans cette ligne
P = 2 R.I² = 2 × 0,533 × 8² = 68,2
P = 68,2 W
4. Partie théorique : Association de condensateurs
On dispose de trois condensateurs purs :
- C1 = 2 µF / 10 V
- C2 = 8 µF / 100 V
- C3 = 0,4 µF / 100 V
On vous demande de calculer :
4.1. La capacité équivalent C12 de C1 et C2 montées en série
C1 × C 2
2.10 −6 × 8.10 −6
C12 =
=
=1,6.10-6
−6
−6
C1 + C 2
2.10 + 8.10
C12 = 1,6 µF
4.2. La capacité équivalente C123 de C1, C2 et C3 montées en série
1
1
1
1
1
1
1
= + + =
+
+
=3,12.106
-6
-6
-6
0,4.10
8.10
C123 C1 C 2 C3 2.10
C123 = 0,32.10-6
C123 = 0,32 µF
4.3. La capacité équivalente C321 de C1, C2 et C3 montées en parallèle
C321= C1 + C2 + C3 = 2.10-6 + 8.10-6 + 0,4.10-6 = 10,4.10-6
C321 = 10,4 µF
4.4. Donner la tension que l'ensemble C321 peut supporter
La tension que pourrat supporter les condensateurs est de 10 V car c'est la plus petite
des tensions que peut supporter l'un des condensateurs
4.5. Dessiner le schéma et calculer la capacité équivalente C31 du montage
suivant : C3 en parallèle de C1 et C2 montées en série
C1 C3 C2
Page 12 sur 13
C31=
(
(
)
)
C3 × (C1 + C 2 ) 0,4.10 −6 × 2.10-6 + 8.10 −6
=
=0,358.10-6
-6
−6
−6
C3 + (C1 + C 2 ) 0,4.10 + 2.10 + 8.10
C31 = 0,385 µF
4.6. Calculer l'impédance Z de cet ensemble pour une fréquence de 50 Hz
Z=
1
C31ω
=
1
0,358.10 × 2π × 50
-6
=8,89.103
Z = 8,89 kΩ
5. Partie pratique : Moteur monophasé à vide et en charge
5.1. Proposer un schéma de montage avec les mesureurs nécessaires pour relever à
vide puis en charge à la puissance nominale P, S, Q et cos ϕ par mesure
directe.
5.2. Proposer un mode opératoire (indiquer comment vous allez faire [allumer tel
truc, baisser tel bouton, augmenter progressivement tel machin…]) pour
effecteur ces essais en toute sécurité
5.3. Proposer un tableau permettant de regrouper les résultats de ces essais
5.4. Monter vos explications et schémas au professeur et avec son accord, effectuer
le montage
5.5. Effectuer vos mesures
5.6. Compléter votre tableau
5.7. Représenter les diagrammes de puissance (triangle des puissances) relatifs à
l'essai à vide et à l'essai en charge
5.8. Commenter vos résultats (comparer le cos ϕ à vide et en charge, comparer par
rapport aux informations de la plaque signalétique)
Page 13 sur 13