Aurélie 06/02
moteur à excitation indépendante

fiche cours :

Ce moteur reçoit :

la puissance électrique Pa =UI de la source qui alimente l'induit.

la puissance Pe= UeIe de la source qui alimente l'inducteur

il fournit de la puissance mécanique Pu =TuW à une charge :

Tu : moment du couple utile(Nm) ; W vitesse angulaire (rad/s)

pertes joule dans l'induit : Pj=RI² ( R résistance en ohms de l'induit)

pertes mécaniques Pm, dues aux frottements

pertes magnétiques Pf ou pertes dans le fer

Un essai à vide permet de déterminer les pertes mécaniques et les pertes dans le fer

rendement : h = Pu /(Pa +Pe)

exercice 1 :

Un moteur à excitation indépendante fonctionne sous la tension d'induit U=230 V. En fonctionnement nominal, l'induit est parcouru par un courant d'intensité I= 40 A. La résistance de l'induit est : R=0,3 W et celle de l'inducteur est r= 120 W. Un essai à vide à la fréquence de rotation nominale donne les résultats suivants : U0 = 225 V ; I0 = 1,2 A. Sachant que la tension d'alimentation de l'inducteur est : U2 = 140 V calculer le rendement du moteur.

corrigé
puissance (W) absorbée par l'induit : UI= 230*40 = 9200 W.

puissance absorbée par l'inducteur : U²2 / r = 140 / 120 = 163,3 W.

perte mécanique + perte fer sont calculées à partir de l'essai à vide :

U0I0 = RI0² + Pm +Pf soit Pm +Pf =U0I0- RI0²

Pm +Pf =225*1,2 - 0,3 *1,2² = 269,6 W.

pertes par effet joule dans l'induit : Pj = RI² = 0,3 *40² = 480 W.

pertes totales : 269,6 +480 = 749,6 W

total puissance reçue : 9200+163,3 = 9363,3

puissance utile Pu = 9200-749,6 = 8450,4 W

rendement : 8450,4 / 9363,3 = 0,90 (90%)

exercice 2 :

L'essai d'une machine à courant continu en générateur à vide à excitation indépendante a donné les résultats suivants : fréquence de rotation : nG= 1500 tr/min ; intensité du courant d'excitation Ie = 0,52 A ; tension aux bornes de l'induit : UG0 = 230 V.

La machine est utilisée en moteur. L'intensité d'excitation est maintenue constante quelle que soit le fonctionnement envisagé. la résistance de l'induit est R =1,2 W.

  1. le moteur fonctionne à vide; l'intensité du courant dans l'induit est I0 = 1,5 A et la tension à ces bornes est U0 = 220 V Calculer :
    - la force électromotrice.
    - les pertes par effet joule dans l'induit.
    - la fréquence de rotation.
    - la somme des pertes mécaniques et des pertes fer.
    - le moment du couple de pertes correspondant aux pertes mécaniques et pertes fer. Ce moment sera supposé constant par la suite.
  2. Le moteur fonctionne en charge. La tension d'alimentation de l'induit est U=220 V et l'intensité du courant qui le traverse est I=10 A. Calculer :
    - la force électromotrice
    - la fréquence de rotation.
    - le moment du couple électromagnétique.
    - le moment du couple utile.
    - la puissance utile.
corrigé
U0 = E + RI0 soit E = U0 -RI0 = 220-1,2*1,5 = 218,2 V.

perte joule induit : RI²0 = 1,2*1,5² = 2,7 W.

la fréquence de rotation est proportionnelle à la fem :

E = k W soit k = E / W

dans le fonctionnement en générateur E= 230 V et W = 1500/60 *2p =157 rad/s d'où k = 230/157 = 1,465 V rad-1 s.

lors du fonctionnement en moteur à vide : W = E/k = 218,2 / 1,465 = 148,9 rad/s = 148,9/(2*3,14) *60 = 1423 tr/min.

puissance absorbée à vide = puissance joule + pertes mécaniques + pertes fer

U0I0 = RI²0 + Pm+Pf d'où Pm+Pf = U0I0 - RI²0 =220*1,5-2,7 = 327,3 W.

Le moment du couple Gr (Nm) est égal à la puissance Pm+Pf (W) divisée par la vitesse de rotation (rad/s)

Gr = 327,3 / 148,9 = 2,2 Nm.

U = E + RI soit E = U -RI = 220-1,2*10 = 208 V

la fréquence de rotation est proportionnelle à la fem :

E = k W soit W = E / k = 208 / 1,465 = 141,98 rad/s = 141,98 / (2p) *60 = 1356 tr/mn.

moment du couple électromagnétique (Nm) = puissance électromagnétique (W) / vitesse angulaire (rad/s)

Gé = EI / W = 208*10/141,98 = 14,65 Nm.

moment du couple utile = Gé -Gr = 14,65-2,2 = 12,45 Nm.

puissance utile Pu = Gu W = 12,45*141,98 = 1767,5 W.

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