Total : /20 TP N° 1 – Génératrice à courant continu

Noms Prénoms :
Université de TOULON et du VAR
Institut Universitaire de Technologie
Prépa :
/4
TP :
/10
Licence professionnelle
Techniques de conversion des énergies renouvelables
Rapp : :
/6
Maitriser et Intégrer les Energies
Date :
Total :
/20
TP N° 1 – Génératrice à courant continu
PREPARATION :
Rappeler les formules qui permettent d’obtenir, pour une génératrice à courant continu :
-
La valeur de la force électromotrice à circuit ouvert E, en fonction de la constante de flux K et de la
vitesse angulaire de rotation Ω ( K (Wb)
=
1 p
NΦ )
2π a
-
La valeur du moment du couple électromagnétique Tem en fonction de K et du courant débité Ia
-
La valeur de la tension de sortie Ua en fonction de E et de la résistance interne Ra
-
Le moment du couple réel Tabs absorbé par la génératrice quand on utilise une machine balance.
-
Le rendement de la génératrice à pleine charge si l’on considère que les pertes par effet Joule dans
l’inducteur se calculent par PJS =UN × iexG
La plaque signalétique de la génératrice à l’essai indique :
Génératrice
Marque :
Type :
Vitesse :
Tension :
Courant d’induit :
Courant d’inducteur :
Puissance utile :
LEROY-SOMER
Génératrice dérivation
n =1 500 tr/mn
Ua = 220 V
Ia = 10 A
IexG = 0,6 A
Pu = 2 250 W
Le courant d’excitation du moteur d’entrainement est de IexM = 0,8A
Garnero
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MIE-TCER-TP-1b.doc
TP n°1 Génératrice à courant continu
EXPERIMENTATION :
.1°) ESSAIS A CIRCUIT OUVERT :
Il s’agit de la première approche où l’on analyse comment évolue la tension
de sortie quand la génératrice ne débite pas :
- d’une part en fonction de la fréquence de rotation, à excitation
constante,
- d’autre part en fonction du courant d’excitation, à vitesse constante.
Réaliser le montage ci-dessous puis relever et tracer sur papier
millimétré, les deux caractéristiques de réglage de la tension à
circuit ouvert.
Inducteur
4
3
pôles auxiliaires
de commutation
(anti-parasite)
Induit
Plaques à bornes
ia = 0
3M
2
1
3G
AL2
Induit
n’
0
300 V
=
4M
iexM
ua0
bal
4G
Rh
2M
2G
A1
V1
Gcc
Mcc
iexG
A2
+
A.T.V.
AL1
Excit
.
265 V
=
230 V ~
-
1G
1M
Moteur d’entrainement
Pupitre
Génératrice
Auto transformateur variable
Réglage de la vitesse de rotation
U0 = f(n) à iexG = 0,6 A et ia = 0
pour n allant de 0 à 1 800tr/mn
Protocole expérimental :
1°)
2°)
3°)
4°)
Déterminer les valeurs que l’on va choisir pour n et tracer un tableau qui pourra contenir ces valeurs.
Mettre en marche AL1, puis régler Rh pour que l’ampèremètre A1 indique iexm = 0,8 A
Mettre en marche l’ATV, puis le régler pour que l’ampèremètre A2 indique iexG = 0,6 A
Mettre en marche AL2 puis la régler pour que le tachymètre indique la valeur désirée puis noter la
valeur de Ua0 sur le voltmètre V1.
5°) Reprendre la mesure précédente jusqu’à ce que la vitesse atteigne 1 800tr/mn. Ensuite ramener AL2 à
zéro, puis ramener l’ATV à zéro, enfin, en dernier lieu, couper AL1.
6°) Tracer la caractéristique demandée et vérifier si tous les points relevés sont convenables. S’il y a lieu,
refaire la mesure pour les points suspects
Réglage de l’excitation
U0 = g(iexG) à n = 1 500 tr/mn et ia = 0
pour iexG allant de 0 à 0,8A
Protocole expérimental :
1°)
2°)
3°)
4°)
Déterminer les valeurs que l’on va choisir pour iexG et tracer un tableau qui pourra contenir ces valeurs.
Mettre en marche AL1, puis régler Rh pour que l’ampèremètre A1 indique iexm = 0,8A
Mettre en marche AL2 puis la régler pour que le tachymètre indique n = 1 500 tr/mn
Mettre en marche l’ATV, augmenter jusqu’au maximum prévu puis revenir à zéro ceci afin de stabiliser
le cycle d’hystérésis magnétique de la génératrice. Noter la valeur de Ua0 lorsque iexG = 0. Augmenter
le courant par l’intermédiaire de l’ATV jusqu’à ce que la première valeur prévue soit atteinte.
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Attention les variations de iexG doivent être monotones. Il ne faut pas revenir en arrière pour ajuster
les valeurs, si la valeur prévue est légèrement dépassée, on note la valeur réellement atteinte.
5°) Reprendre la mesure précédente jusqu’à ce que le courant d’excitation atteigne iexG = 0,8 A.
6°) Reprendre les mesures précédentes, par valeurs décroissantes, jusqu’à zéro. Ensuite ramener AL2 à
zéro, enfin en dernier lieu couper AL1.
7°) Tracer la caractéristique demandée par valeurs croissantes et décroissantes. Vérifier si tous les
points relevés sont convenables. S’il y a lieu, refaire la mesure pour les points suspects
Commenter vos résultats. Que peut-on dire de chacune de ces deux courbes ?
2°)
ESSAI EN CHARGE EN EXCITATION SEPAREE
Cet essai permet de voir comment se comporte la tension de sortie quant on fait débiter du courant à la
génératrice. On mesure également le couple mécanique subi par l’arbre.
Réaliser le montage ci-dessous puis relever et tracer sur papier millimétré, les deux caractéristiques de
tension et de couple à vitesse de rotation constante.
Poids de la masse mobile P = 20 N
Tabs = P x l
ia
3M
AL2
A3
3G
0
300 V
=
Mcc
n’
V1
bal
u
4G
4M
iexM
Gcc
Plan résistif
P
Induit
Rh
230 V =
4 kW
Charge
iexG
2M
2G
A1
A2
+
A.T.V.
AL1
Excit
.
265 V
=
1G
230 V ~
-
1M
Pupitre
Pour ia allant de 0 à 10 A
Moteur d’entrainement
U = f(Ia)
Génératrice
à
et
Auto transformateur variable
iexG = 0,6 A
n = 1 500tr/mn
Tabs = g(Ia)
Protocole expérimental :
1°) Déterminer les valeurs que l’on va choisir pour ia et tracer un tableau qui pourra contenir toutes les
valeurs de l’essai. Vérifier l’équilibrage de la barre dynamométrique.
2°) Mettre en marche AL1, puis régler Rh pour que l’ampèremètre A1 indique iexm = 0,8 A
3°) Mettre en marche AL2 puis la régler pour que le tachymètre indique n =1 500 tr/mn.
4°) Mettre en marche l’ATV, puis le régler pour que l’ampèremètre A2 indique iexG = 0,6 A
5°) Noter la valeur de la tension U et du moment du couple Tabs, le courant étant encore nul. Mettre en
marche le plan de charge pour obtenir la première valeur de ia sur l’ampèremètre A3. Relever les
valeurs de U et de Tabs. (vérifier que iex et n n’ont pas changé, corriger s’il y a lieu)
6°) Reprendre la mesure précédente jusqu’à ce que la valeur nominale du courant soit atteinte. Ensuite
ramener le plan de charge à zéro, puis l’ATV à zéro, ensuite AL2 à zéro, enfin, en dernier, couper AL1.
7°) Tracer les caractéristiques demandées et vérifier si tous les points relevés sont convenables. S’il y a
lieu, refaire la mesure pour les points suspects
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TP n°1 Génératrice à courant continu
Exploitation des résultats :
Relever les caractéristiques demandées.
1°) Chute de tension, modélisation.
Mesurer la tension entre la valeur à circuit ouvert et la valeur en charge nominale. Exprimer le
résultat en pourcentage de la tension en charge.
Assimiler la courbe de la tension à une droite, en déduire la force électromotrice et la résistance
interne.
2°) Rendement
en appliquant
η=
U × Ia
déterminer la courbe de rendement η = f(Ia) pour Ia allant
(Tabs × Ω + U N × I exG )
de 0 à 10A. Tracer cette courbe. Commentez vos résultats.
3°)
REGULATION DE TENSION
Le montage est identique au précédent, mais le but est de voir comment il faut régler l’excitation pour que
la tension de sortie en charge reste constante. On relèvera les deux courbes :
Pour ia allant de 0 à 10 A
IexG = f(Ia)
à
et
Ua = 220 V
n = 1 500 tr/n
Tabs = g(Ia)
Protocole expérimental :
1°) Déterminer les valeurs que l’on va choisir pour ia et tracer un tableau qui pourra contenir toutes les
valeurs de l’essai. Vérifier l’équilibrage de la barre dynamométrique.
2°) Mettre en marche AL1, puis régler Rh pour que l’ampèremètre A1 indique iexm = 0,8 A
3°) Mettre en marche AL2 puis la régler pour que le tachymètre indique n =1 500tr/mn
4°) Mettre en marche l’ATV, puis le régler pour que l’ampèremètre V1 indique Ua = 220 V
5°) Noter la valeur du courant iexG et du moment du couple Tabs, le courant étant encore nul. Mettre en
marche le plan de charge pour obtenir la première valeur de ia sur l’ampèremètre A3. Augmenter L’ATV
pour que la tension Ua remonte à 220 V. Relever les valeurs de iexG et de Tabs. (vérifier que ua et n
n’ont pas changé, corriger s’il y a lieu)
6°) Reprendre la mesure précédente jusqu’à ce que le courant atteinte Ia = 10 A. Ensuite ramener le plan
de charge à zéro, puis l’ATV à zéro, ensuite AL2 à zéro, enfin, en dernier, couper AL1.
7°) Tracer les caractéristiques demandées et vérifier si tous les points relevés sont convenables. S’il y a
lieu, refaire la mesure pour les points suspects
Exploitation des résultats :
Relever les caractéristiques demandées.
Pour 3 valeurs de votre choix, calculer la valeur du rendement de la génératrice.
Commentez vos résultats.
4°)
ESSAI EN CHARGE EN EXCITATION DERIVATION
Afin de rendre la génératrice autonome (sans avoir besoin d’une source pour fournir IexG) on la fait
fonctionner en auto excitation.
Dans un premier temps on vérifiera l’auto-amorçage, ensuite on relèvera les deux caractéristiques de
tension et de couple à vitesse de rotation constante sans toucher au rhéostat d’excitation.
Pour ia allant de 0 à 10 A
U = f(Ia)
à
et
RH2 = cte
n = 1 500tr/mn
Tabs = g(Ia)
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TP n°1 Génératrice à courant continu
Poids de la masse mobile P = 20 N
Tabs = P x l
ia
A3
3G
AL2
A2
P
Induit
0
300 V
=
n’
Mcc
bal
4G
4M
iexM
Gcc
iexG
Rh2
V1
Plan résistif
3M
u
2G
230 V =
4 kW
1G
Rh1
2M
A1
AL1
Excit
.
Charge
Génératrice
265 V
=
u0
1M
Amorçage
Moteur d’entrainement
Pupitre
Non
Amorçage
Protocole expérimental :
iexG
Auto-amorçage :
On commence à RH2 réglée au maximum de résistance.
1°) Mettre en marche AL1, puis régler Rh1 pour que l’ampèremètre A1 indique iexm = 0,8 A
2°) Mettre en marche AL2 puis la régler pour que le tachymètre indique n =1 500tr/mn
3°) Observer sur V1 la tension U. Diminuer progressivement le rhéostat RH2 jusqu’à ce que la génératrice
s’amorce. Si la tension de la génératrice n’augmente pas quand on diminue RH2, permuter les bornes de
l’excitation (1G et 2G). Ensuite, régler le rhéostat RH2 pour que A2 indique un courant iexG = 0,6 A
lorsque la charge n’est pas branchée.
Remarque : Si l’amorçage se produit sans qu’il soit nécessaire de permuter les bornes, il est bon d’observer
quand même ce phénomène. Pour cela, il faut arrêter le moteur, permuter les bornes, et remettre en
marche. Après avoir observer, remettre l’excitation dans le bon sens.
Essai en charge :
1°) Déterminer les valeurs que l’on va choisir pour ia et tracer un tableau qui pourra contenir toutes les
valeurs de l’essai. Vérifier l’équilibrage de la barre dynamométrique Vérifier que RH2 soit au maximum.
2°) Mettre en marche AL1, puis régler Rh pour que l’ampèremètre A1 indique iexm = 0,8 A
3°) Mettre en marche AL2 puis la régler pour que le tachymètre indique n =1 500 tr/mn.
4°) Diminuer progressivement le rhéostat RH2 jusqu’à ce que la génératrice s’amorce, puis le régler pour
que l’ampèremètre A2 indique iexG = 0,6 A
5°) Noter la valeur de la tension U et du moment du couple Tabs, le courant étant encore nul. Mettre en
marche le plan de charge pour obtenir la première valeur de ia sur l’ampèremètre A3. Relever les
valeurs de U et de Tabs. (vérifier que n n’ont pas changé, corriger s’il y a lieu)
6°) Reprendre la mesure précédente jusqu’à ce que la valeur nominale du courant soit atteinte. Ensuite
ramener le plan de charge à zéro, ensuite AL2 à zéro, enfin, en dernier, couper AL1.
7°) Tracer les caractéristiques demandées et vérifier si tous les points relevés sont convenables. S’il y a
lieu, refaire la mesure pour les points suspects
Relever les caractéristiques demandées. On utilisera les mêmes repères que ceux du § 2° pour comparer.
1°) Chute de tension
Comparer la chute de tension à celle obtenue précédemment. Commenter.
2°) Rendement
en appliquant
η=
U × Ia
(Tabs × Ω )
déterminer la courbe de rendement
η = f(Ia) pour Ia allant
de 0 à 10A. Tracer cette courbe. Commenter vos résultats.
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