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Le sujet porte sur l'étude de quelques parties constitutives d'un chariot auto-guidé à propulsion électrique. La vitesse de déplacement du chariot est réglable. Le guidage est réalisé par plusieurs détecteurs optiques embarqués et une bande réfléchissante disposée sur le sol. Enfin, l'alimentation en énergie électrique est réalisée par une batterie d'accumulateurs. La propulsion est assurée par un moteur à courant continu à excitation indépendante et constante. La plaque signalétique de ce moteur porte les indications suivantes: Induit: U N = 48 V; I N = 25 A; R = 0, 2 W; Inducteur: U eN = 48 V; I eN = 1 A Fréquence de rotation: 1 000 -1; Puissance utile: P uN = 1 000 W. Pour le fonctionnement nominal, calculer: - la force électromotrice (f. e. m) E N - la puissance électromagnétique P emN - le moment du couple électromagnétique T emN. Fonctionnement à couple constant et tension d'induit variable. Le courant d'inducteur I e est maintenu constant et égal à sa valeur nominale. On suppose que le moment du couple électromagnétique T em du moteur reste constant et égal à sa valeur nominale: T em = T emN = constante.
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Tantôt travailler en générateur lorsque le même système tend à favoriser la rotation (charge dite "entrainante"); le générateur renvoie de l'énergie au réseau. Type de moteur à courant continu Suivant l'application, les bobinages du l'inducteur et de l'induit peuvent être connectés de manière différente. On retrouve en général: Des moteurs à excitation indépendante. Des moteurs à excitation parallèle. Des moteurs à excitation série. Des moteurs à excitation composée. La plupart des machines d'ascenseur sont configurées en excitation parallèle ou indépendante. L'inversion du sens de rotation du moteur s'obtient en inversant soit les connections de l'inducteur soit de l'induit. L'inducteur d'un moteur à courant continu est la partie statique du moteur. Il se compose principalement: de la carcasse, des paliers, des flasques de palier, des portes balais. Le cœur même du moteur comprend essentiellement: Un ensemble de paires de pôles constitué d'un empilement de tôles ferro-magnétiques. Les enroulements (ou bobinage en cuivre) destinés à créer le champ ou les champs magnétiques suivant le nombre de paires de pôles.
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Pour des moteurs d'une certaine puissance, le nombre de paires de pôles est multiplié afin de mieux utiliser la matière, de diminuer les dimensions d'encombrement et d'optimaliser la pénétration du flux magnétique dans l'induit. L'induit du moteur à courant continu est composé d'un arbre sur lequel est empilé un ensemble de disques ferro-magnétiques. Des encoches sont axialement pratiquées à la périphérie du cylindre formé par les disques empilés. Dans ces encoches les enroulements (bobines de l'induit) sont "bobinés" selon un schéma très précis et complexe qui nécessite une main d'œuvre particulière (coûts importants). Pour cette raison, on préfère, en général, s'orienter vers des moteurs à courant alternatif plus robuste et simple dans leur conception. Chaque enroulement est composé d'une série de sections, elles même composées de spires; une spire étant une boucle ouverte dont l'aller est placé dans une encoche de l'induit et le retour dans l'encoche diamétralement opposée. Pour que l'enroulement soit parcouru par un courant, ses conducteurs de départ et de retour sont connectés aux lames du collecteur (cylindre calé sur l'arbre et composé en périphérie d'une succession de lames de cuivre espacée par un isolant).
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Une spire capable de tourner sur un axe de rotation est placée dans le champ magnétique. De plus, les deux conducteurs formant la spire sont chacun raccordés électriquement à un demi collecteur et alimentés en courant continu via deux balais frotteurs. D'après la loi de Laplace (tout conducteur parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique est soumis à une force), les conducteurs de l'induit placés de part et d'autre de l'axe des balais (ligne neutre) sont soumis à des forces F égales mais de sens opposé en créant un couple moteur: l'induit se met à tourner! Si le système balais-collecteurs n'était pas présent (simple spire alimentée en courant continu), la spire s'arrêterait de tourner en position verticale sur un axe appelé communément "ligne neutre". Le système balais-collecteurs a pour rôle de faire commuter le sens du courant dans les deux conducteurs au passage de la ligne neutre. Le courant étant inversé, les forces motrices sur les conducteurs le sont aussi permettant ainsi de poursuivre la rotation de la spire.
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on introduit un moment du couple de pertes Tp, pour tenir compte des pertes autres que par effet Joule. et on peut ecrire: Tp =Tem- Tu, avec Tu: le moment du couple utile. On peut écrire que Tu = K. I - Tp, si Tp est constant, le moment du couple utile sera directement proportionnel à l'intensité du courant d'induit. 5) Bilan des puissances Puissance absorbée par l'induit: Pai= U. I (puissance électrique en W) Puissance aborbée par l'inducteur: Pae= =U2e/r. Puissance totale absorbée: Pa= Pai+Pae= U. I Pertes par effet Joule dans l'induit: pji = R. I² Pertes par effet Joule dans l'inducteur: pje (toute la puissance absorbée par l'inducteur est perdue, elle ne sert qu'à créer le flux inducteur). Puissance électromagnétique: Pem= E. I = Tem. W Pertes collectives: pc=Tp. W Puissance utile: Pu=Pa - la somme des pertes dans le moteur =Tu. W Rendement de l'induit: h= Pu/ (U. I) Rendement de tout le moteur: h =Pu/Pa avec Pu=Tu.
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