Transcript TP puissance rendement simulation Matlab

Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable
TP Puissance rendement Simulation Matlab
TP 3h
1ère
STI2D
ET
1. Etude d’un treuil électrique
Le treuil est livré avec un boitier de commande équipé de bouton.
Le moteur électrique du treuil est un moteur à courant continu à excitation séparé. Le treuil se
raccorde au réseau de distribution d’électricité. Un convertisseur AC/DC permet d’obtenir deux
tensions d’alimentation continue. Une permet d’alimenter l’excitation du moteur afin de créer le champ
magnétique dans le moteur. L’autre permet d’alimenter l’induit du moteur pour contrôler la vitesse.
Deux contacteurs permettent d’aliment le moteur pour le faire tourner dans un sens ou dans un autre.
Un réducteur Rous vis sans fin est placé entre le treuil et le moteur. Le treuil permet d’enrouler ou de
dérouler un câble pour monter ou descendre une charge.
Q1. Compléter sur le document réponse, le schéma de la chaine d’énergie à l’aide des mots surligné en
gras:
(pour chaque flèche indiquer la nature de l’énergie, Energie mécanique de rotation adaptée, Energie
électrique alternatif, Energie électrique continue, Energie mécanique de rotation, électrique continue
commandé, Energie mécanique de translation)
Q2. La référence de notre treuil est MCW 1700. A partir de la documentation (en fin d’énoncé), relever
sur votre compte rendu, La puissance du moteur, la masse que peut soulever le moteur, la vitesse,
et le diamètre du treuil. (Diamètre de l’élément autour duquel le treuil s’enroule.
Q3. On souhaite mesurer la puissance électrique absorbé par le moteur à l’aide de 2 voltmètres et de 2
ampèremètres. Compléter le document réponse en plaçant ces 4 appareils de mesures.
Rappel :
L’Ampèremètre se raccorde en série
Le voltmètre se raccorde en parallèle
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2. Etude du rendement du moteur électrique en simulation
Q4. Télécharger le fichier « power_dcmotor_eleve.mdl » ouvrer le à l’aide du logiciel Matlab.
En fonction de la tension d’alimentation de l’induit (Ua) et de l’excitation (Uf), et du couple résistant
imposé par la charge. (Qui dans la réalité est fonction de la masse soulevée par le treuil.), le modèle
simule le comportement réel du moteur, et vous indique :
• La vitesse de rotation angulaire en Rad/s.
• Le courant absorbé par l’induit Ia.
• Le courant absorbé par l’excitation.
• Le couple présent sur l’arbre du moteur Cmot.
Q5. Identifier sur le modèle la tension d’alimentation de l’induit, noté Ua, et la tension d’alimentation
de l’excitation notée Uf. Reporter leur valeur sur votre feuille.
Q6. On souhaite déterminer le couple résistant nominal du moteur. Le moteur absorbe sont courant
nominal, Ia=16.2A lorsque qu’il fournit sont couple nominal. Lancer plusieurs simulations en
cliquant sur
, en augmentant progressivement le couple résistant. (double cliquer sur couple
résistant
moteur.
pour changer la valeur). Noter sur votre feuille la valeur du couple nominal du
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Q7. Pour Cr= 1, 5, 10, 15, 20, 25, 29. Relevé Ia, If, ω
Q8. rappeler les formules de , , , é
, et calculer celles-ci .reporter sur votre
feuille ces valeurs sous forme de tableau.
Ramarque : Ua et Uf sont constant avec Ua=240V et Uf=240V
Cr
1
5
10
15
…
Ia
If
Q9. Tracer sur votre feuille = (
)
Q10. Interpréter votre résultat.
3. Simuler le comportement du réducteur.
Le réducteur du treuil possède les caractéristiques suivantes :
Rapport de réduction : =
= 0.0132
Rendement du réducteur : = 44.6%
Q11. Suivre les informations ci-dessous pour simuler la vitesse de rotation du treuil.
1 Ouvrir la bibliothèque de
Simulink
2 Dans math opération
3 Cliquer sur product, puis en
maintenant le clic droit enfoncé faite
glisser déposé sur votre modèle le block
product
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Faire de même avec le block constant, que se trouve dans commonly used blocks.
Taper display dans la fenêtre recherche de la bibliothèque de Simulink, puis insérer l’afficheur.
0.0132
Renommer la constante, en l’appelant r, puisqu’elle correspond au rapport de réduction. Puis rentrer sa
valeur.
Renommer l’afficheur « block display » en l’appelant ωtreuil.
Simuler le résultat.
Q12. On souhaite maintenant déterminer le couple en sortie du treuil. Pour cela, nous devons tenir
compte du rendement. Compléter le schéma block sur le document réponse afin de réaliser un
modèle de simulation.
Q13. Réaliser le modèle de simulation
à l’aide des différentes fonctions
ci-dessous :
FAIRE VALIDER PAR LE
PROFESSEUR.
Q14. Expliquer clairement l’utilité du réducteur, en comparant, # , et #$%& , ' , et '$%& .
Faire clairement une analogie entre une voiture de course et un camion.
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4. Rendre la simulation plus lisible.
La vitesse de rotation simulée est la vitesse de rotation angulaire. Cependant pour nous, il est plus
simple pour nous d’interpréter la vitesse lorsqu’elle est exprimée en tr/min.
Q15. Rappeler la relation qui lie ω(rad/s) à N(tr/min).
Q16. Réaliser les modifications nécessaires pour afficher Nmot(tr/min) et Ntreuille(tr/min)
FAIRE VALIDER PAR LE PROFESSEUR.
5. Pour aller plus loin : déterminer le couple résistant moteur.
Plus la masse soulevée par le treuil est importante, plus le couple que doit fournir le moteur augmente.
Il est doit donc être possible de déterminer le couple résistant du moteur en fonction du poids que
soulève le treuil.
Rappel :
Le couple (N.m) correspond à une force (N)
multiplier par un bras de levier (m).
La Force, dans le cas où l’on soulève une charge à la
verticale correspond à la masse multiplié par
l’accélération de la pesanteur (g=9.81 m/s²)
(()* = +(,-* × g(m/s²*
#$%& (). 4* = (()* × 5(4*
Q17. Montrer que # =
6×7
8
Q18. En régime établi, # = #9:;<=5é>?>@AB@. proposer un modèle de calcul, permettant de calculer
le couple résistant à partir de la masse.
Q19. Vérifier la cohérence du modèle en comparant avec la documentation constructeur du moteur
MCW-1700.
pour cela relever la vitesse de du câble en sortie, le diamètre de la poulie ou s'enroule le câble et
déterminer la vitesse de rotation du treuil en tr/min
Ensuite calculer la puissance utile du treuil en fonction de la charge de traction du treuil (Pu=M.g.V)et
vérifier que le moteur peut fournir la puissance nécessaire( = 0.5)
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Document technique 1
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Document technique 2
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Document Réponse
Q1 compléter le schéma de la chaine d’énergie ci-dessous a l’aide des mots surlignés en gras:
(Pour chaque flèche indiquer la nature de l’énergie, Energie mécanique de rotation adaptée, Energie
électrique alternatif, Energie électrique continue, Energie mécanique de rotation, électrique continue
commandé, Energie mécanique de translation)
Q20. On souhaite mesurer la puissance électrique absorbée par le moteur à l’aide de 2 voltmètres et de
2 ampèremètres. Compléter le document réponse en plaçant ces 4 appareils de mesures.
Rappel :
L’Ampèremètre se raccorde en série
Le voltmètre se raccorde en parallèle
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Document Réponse
0.104
Constante
P méca mot
C treuil
0.446
Depuis le modèle de la
machine a courant
continue
Constante
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