TP 12 - Étude de la génératrice à courant continu
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TP 12 - Étude de la génératrice à courant continu
TP N° 12 : La génératrice à courant continu DÉROULEMENT DE LA SÉANCE TITRE ACTIVITÉS PROF ACTIVITÉS ÉLÈVES MOYEN DURÉE - Fin du T.P. { 4 heures} Page 1 sur 11 Tableau de comité de lecture Date de lecture 5 février 2004 Lecteurs CROCHET David Observation Première écriture et réaménagements mineurs Remarques rédacteur Date modifications 5 février 2004 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 11 TP N° 12 La génératrice à courant continu 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 11 EP3 – MESURES ET ESSAIS B.E.P. ELEC MESURES ET ESSAIS DOSSIER PÉDAGOGIQUE TP N° 12 L a G én ér a t r i c e à courant continu Objectif : - Étudier la caractéristique a vide de la génératrice à courant continu - Matériel : - 1 génératrice à courant continu a excitation indépendante - 1 Ampèremètre - 1 Voltmètre - 1 MAS 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 11 TP 12 - Étude de la génératrice à courant continu 1. Partie Théorique : Circuit alimenté en alternatif Une tension monophasée 230 V / 50 Hz est appliquée à un circuit comportant en série un condensateur de 12 µF et une bobine dont la résistance est de 180 Ω et I’inductance de 0,5 H. 1.1. Donner le schéma électrique complet 1.2. Calculer la réactance (XL) de l’inductance de la bobine 1.3. Calculer la réactance (XC) de la capacité 1.4. Calculer l’impédance (ZL) de la bobine 1.5. Calculer l’impédance (Z) de l’ensemble du circuit 1.6. Calculer le déphasage (ϕL) entre le courant et la tension aux bornes de la bobine 1.7. Calculer le déphasage (ϕ) entre le courant et la tension aux bornes du circuit 1.8. Définir la dominante de ce circuit : Résistif, Inductif ou Capacitif. Et expliquez pourquoi 2. Partie théorique : Alternateur triphasé Un alternateur triphasé 230/400 V tétrapolaire est entraîné à 1500 tr.min-1. Chargé, il débite un courant de 650 A, son rendement est de 98% et son facteur de puissance est de 0,9 Turbine GS 230 / 400 V f = ?? I = 650 A cos ϕ = 0,9 η = 98 % 2.1. Calculer la fréquence des courants générés par la génératrice synchrone (alternateur). 2.2. Calculer la puissance apparente débitée en charge par l'alternateur 2.3. Calculer la puissance active débité en charge par l'alternateur Page 5 sur 11 2.4. Calculer la puissance utile de la turbine lorsque la génératrice synchrone débite 405 kW. 3. Partie théorique : Électronique I1 IC R1 IB IZ VE DZ IS VZ β = 20 VE = 12 V VS = 5 V VBE = 0,7 V I2 R2 VS 3.1. Calculer la valeur de la tension de la diode zéner VZ. 3.2. Calculer le courant de collecteur IC en admettant que le courant de base IB est de 0,2 A 3.3. Calculer la puissance dissipée dans la résistance R2 sachant que le courant IS est nul. 4. Partie pratique : Étude de la génératrice à courant continu U= f(Ie) Proposer un schéma de montage de la génératrice à courant continu. Cette génératrice sera mise en rotation par un moteur asynchrone triphasée. Le courant d'excitation de la génératrice sera effectué par la source de tension continue variable. Et on veut mesurer la tension que produit cette génératrice. Vous devrez présenter le résultat de l'essai sous forme de courbe et la commenter. Page 6 sur 11 EP3 – MESURES ET ESSAIS B.E.P. ELEC MESURES ET ESSAIS DOSSIER PROFESSEUR TP N° 12 L a G én ér a t r i c e à courant continu Objectif : - Étudier la caractéristique a vide de la génératrice à courant continu - Matériel : - 1 génératrice à courant continu a excitation indépendante - 1 Ampèremètre - 1 Voltmètre - 1 MAS 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 7 sur 11 TP 12 - Étude de la génératrice à courant continu 1. Partie Théorique : Circuit alimenté en alternatif Une tension monophasée 230 V / 50 Hz est appliquée à un circuit comportant en série un condensateur de 12 µF et une bobine dont la résistance est de 180 Ω et I’inductance de 0,5 H. 1.1. Donner le schéma électrique complet Bobine R = 180 Ω C = 12 µF L = 0,5 H 230 V 50 Hz 1.2. Calculer la réactance (XL) de l’inductance de la bobine XL = L.ω = L × 2π × 50 = 0,5 × 2 × 3,141 × 50 = 157 XL = 157 Ω 1.3. Calculer la réactance (XC) de la capacité XC = 1 1 = = 265 -6 Cω 12.10 × 2 × 3,141× 50 XC = 265 Ω 1.4. Calculer l’impédance (ZL) de la bobine ZL = R 2 + X 2L = 1802 + 157 2 =239 ZL = 239 Ω 1.5. Calculer l’impédance (Z) de l’ensemble du circuit Z = R 2 + Lω − 2 2 1 1 2 = 180 + 0,5 × 314 − = 210 -6 Cω 12.10 × 314 Z = 210 Ω 1.6. Calculer le déphasage (ϕL) entre le courant et la tension aux bornes de la bobine Page 8 sur 11 cos ϕL = R 180 = = 0,531 ZL 239 ϕL = cos-1 0,531 = 70,4 ϕL = 41,1 ° 1.7. Calculer le déphasage (ϕ) entre le courant et la tension aux bornes du circuit cos ϕ = R 180 = = 0,857 Z 210 ϕ = cos-1 0,857 = 80,0 ϕ = 31,0 ° 1.8. Définir la dominante de ce circuit : Résistif, Inductif ou Capacitif. Et expliquez pourquoi Le circuit est capacitif car XC est plus grand que XL. 2. Partie théorique : Alternateur triphasé Un alternateur triphasé 230/400 V tétrapolaire est entraîné à 1500 tr.min-1. Chargé, il débite un courant de 650 A, son rendement est de 98% et son facteur de puissance est de 0,9 Turbine GS 230 / 400 V f = ?? I = 650 A cos ϕ = 0,9 η = 98 % 2.1. Calculer la fréquence des courants générés par la génératrice synchrone (alternateur). L'alternateur a 4 pôles, donc 2 paires de pôles. f = p.n = 2× 1500 = 50 60 f = 50 Hz 2.2. Calculer la puissance apparente débitée en charge par l'alternateur S = 3 UI = 3 ×400×650 = 450.103 S = 450 kVA 2.3. Calculer la puissance active débité en charge par l'alternateur Page 9 sur 11 P = 3 UI.cos ϕ = 3 ×400×650×0,9 = 405.103 S = 405 kW 2.4. Calculer la puissance utile de la turbine lorsque la génératrice synchrone débite 405 kW. PALT 405.103 Pu = = =414.103 0,98 η Pu = 414 kW 3. Partie théorique : Électronique I1 IC R1 IB IZ VE DZ IS VZ I2 R2 β = 20 VE = 12 V VS = 5 V VBE = 0,7 V VS 3.1. Calculer la valeur de la tension de la diode zéner VZ. VZ = VS + VBE = 5 + 0,7 = 5,7 VZ = 5,7 V 3.2. Calculer le courant de collecteur IC en admettant que le courant de base IB est de 0,2 A IC = β. IB = 20 × 0,2 = 4 IC = 4 A 3.3. Calculer la puissance dissipée dans la résistance R2 sachant que le courant IS est nul. PR2 = VS×I2 = VS×(IB+IC) = 5 × (0,2 + 4) = 5 × 4,2 = 21 PR2 = 21 W 4. Partie pratique : Étude de la génératrice à courant continu U= f(Ie) Proposer un schéma de montage de la génératrice à courant continu. Cette génératrice sera mise en rotation par un moteur asynchrone triphasée. Page 10 sur 11 Le courant d'excitation de la génératrice sera effectué par la source de tension continue variable. Et on veut mesurer la tension que produit cette génératrice. Vous devrez présenter le résultat de l'essai sous forme de courbe et la commenter. Page 11 sur 11