SMTE448 Support pour travaux pratiques « Étude du moteur asynchrone (à rotor à cage ; à rotor bobiné) » Matériel de laboratoire électrique Matériel pédagogiqueDescription
Ce banc d'essai est conçu pour les travaux pratiques de mécanique électrique.
Il se compose de deux parties :
un boîtier intégrant une partie de l'équipement électrique, les cartes électroniques, le panneau avant, le module d'alimentation et le plateau du bureau intégré ;
un ensemble moteur comprenant un moteur à courant continu, un moteur asynchrone à rotor bobiné, un moteur asynchrone à cage d'écureuil et un capteur de vitesse optique déterminant le sens de rotation.
Le banc peut être complété par un groupe électrogène basé sur des moteurs électriques de faible (90 W) ou de forte puissance (0,55 kW).
Le boîtier du banc intègre :
un convertisseur de fréquence générant un réseau alternatif triphasé à fréquence variable et alimentant le moteur asynchrone et les transformateurs triphasés. Ce convertisseur est basé sur un microcontrôleur MB90F562 (Fujitsu) et un module de gestion de l'alimentation PS11033 (Mitsubishi). Le contrôleur sert à calculer les données d'entrée (tension et fréquence) et les signaux de sortie (courant, tension), à échanger des données avec un PC (RS-485) et à afficher les valeurs mesurées sur le panneau avant de la table de test. Le module de puissance comprend des circuits de puissance composés d'un pont redresseur triphasé, d'un pont onduleur triphasé à transistors IGBT, ainsi que des circuits de commande et de protection (court-circuit, tension d'alimentation insuffisante, signaux de commande incorrects). Le convertisseur de fréquence permet d'exploiter les caractéristiques mécaniques du moteur asynchrone dans les quatre quadrants de sa plage de fonctionnement.
Un convertisseur de largeur d'impulsion (CLI) alimente le circuit d'induit et l'enroulement d'excitation du moteur à courant continu, ainsi que le circuit rotorique d'un moteur asynchrone triphasé à rotor bobiné fonctionnant en mode synchrone (moteur-générateur). Le CLI est basé sur l'élément de puissance du convertisseur de fréquence. Deux de ses bras permettent d'obtenir un CLI symétrique réversible, et le troisième, un CLI irréversible, pour le rotor du moteur asynchrone triphasé. L'alimentation des enroulements est assurée par un seul transistor MOSFET IRC. Le système de commande, basé sur un microcontrôleur AT Mega163 (Atmel), calcule les signaux d'entrée (tension, fréquence et courant pour le freinage dynamique) et de sortie (courants d'ancrage, d'excitation et de rotor), assure l'échange de données avec un PC (RS-485) et affiche les valeurs mesurées sur le panneau avant de la table de test. Le convertisseur de largeur d'impulsion du circuit d'induit du moteur à courant continu est complété par un mode système fermé (régulation du courant ou de la vitesse) et un mode générateur.
L'unité de mesure est composée d'appareils de mesure numériques. Outre la mesure du courant et de la tension continus, chaque voie peut calculer :
la valeur efficace du courant et de la tension alternatifs ;
l'angle de déphasage entre le courant et la tension, ainsi que cos(φ) ;
la puissance active.
Commande par relais-contacteur permettant à l'utilisateur de :
commuter le circuit d'un moteur asynchrone à rotor à cage d'écureuil (couplage étoile/triangle) ;
modifier la valeur de la résistance de charge dans un circuit triphasé ;
connecter des moteurs asynchrones à un réseau 3 ~ 380/220 V 50 Hz ou à un variateur de fréquence ;
Résistances dans le circuit d'excitation (deux étages) ;
Résistances de charge dans un circuit triphasé (trois étages) ;
Résistances de décharge de surtension sur modules intelligents.
Le variateur de fréquence et le convertisseur de largeur d'impulsion sont activés pour le fonctionnement sur le réseau interne (mode de récupération) afin de réduire la consommation d'énergie.
Trois transformateurs à deux enroulements ;
Contacteurs de puissance du sous-système de relais.
Les schémas de câblage des éléments étudiés sont présentés sur la face avant. Tous les schémas sont regroupés selon le thème du TP. Le panneau comprend des prises de commutation, des indicateurs numériques, des appareillages de commutation et des commandes permettant à l'utilisateur de modifier les paramètres des éléments pendant les travaux pratiques.
Commandes en façade :
potentiomètre de consigne pour le convertisseur de largeur d'impulsion inverse, signal de référence du système fermé ;
potentiomètres de consigne des convertisseurs de largeur d'impulsion de l'alimentation pour les enroulements d'excitation du moteur à courant continu et le rotor bobiné du moteur asynchrone en mode machine synchrone ;
potentiomètres de consigne du convertisseur de fréquence, permettant une variation progressive de la fréquence de sortie (0 à 163 Hz) et de la tension de sortie (0 à 220 V) ;
commandes du sous-système de relais.
Pour réaliser les travaux pratiques, il est nécessaire d'assembler le circuit de l'objet étudié à l'aide de cavaliers normalisés, garantissant ainsi une lisibilité optimale.
Un logiciel et une documentation technique et méthodologique destinée au personnel enseignant complètent la paillasse. Le banc d'essai permet la réalisation des travaux pratiques suivants :
1. Étude d'un transformateur de puissance à deux enroulements par les méthodes de circuit ouvert et de court-circuit.
Étude d'un transformateur monophasé selon différents modes de fonctionnement, détermination des paramètres du circuit équivalent et caractérisation des caractéristiques externes du transformateur.
2. Détermination expérimentale des groupes de connexion d'un transformateur triphasé à deux enroulements.
Étude des diagrammes vectoriels de tension pour différents schémas de connexion et détermination expérimentale du groupe de connexion d'un transformateur triphasé.
3. Étude d'un moteur asynchrone triphasé à rotor à cage d'écureuil.
Étude de la construction et de la caractérisation d'un moteur asynchrone triphasé à rotor à cage d'écureuil par les méthodes de circuit ouvert, de court-circuit et de charge immédiate.
4. Étude des méthodes de démarrage des moteurs asynchrones triphasés à rotor à cage d'écureuil.
Étude de la capacité de démarrage des moteurs asynchrones triphasés, du montage du circuit et de la caractérisation des caractéristiques statiques et dynamiques du démarrage du moteur. 5. Étude d'une génératrice à courant continu à excitation parallèle.
Étude du principe de fonctionnement et caractérisation d'une génératrice à courant continu à excitation parallèle.
6. Étude d'une génératrice à courant continu à excitation séparée.
Étude du principe de fonctionnement et caractérisation d'une génératrice à courant continu à excitation séparée.
7. Étude d'un moteur à courant continu à excitation parallèle.
Étude du principe de fonctionnement et caractérisation d'un moteur à courant continu à excitation parallèle.
Caractéristiques techniques du système de mesure :
Nombre de paramètres affichés sur le banc : 15 (12 indicateurs)
Voltmètres : 4
Ampèremètres : 6
Phasomètre : 1
Vitomètre : 1
Wattmètres : 2
Fréquencemètre : 1 Plage de tension mesurée : ±1 V à ±750 V
Plage de courant mesuré : ±1 mA à ±5 A
Plage de vitesse mesurée : ±1 rad/s à ±314 rad/s
Plage de fréquence mesurée : 0 Hz à 163 Hz
Précision de mesure : jusqu'à 1 %
Caractéristiques techniques du convertisseur de largeur d'impulsion :
Courant nominal : ±5 A
Tension du bus CC : 300 V
Fréquence du convertisseur : 8 kHz
Surcharge de courant : ±7 A
Caractéristiques techniques du convertisseur de fréquence :
Puissance du moteur : 0,4 kW / 1,5 kWc
Courant nominal : 7 A
Plage de tension de sortie : 3 à 220 V
Méthode de contrôle : MLI sinusoïdale (contrôle U/f, indépendant)
Plage de contrôle de fréquence : 0 à 163 Hz
Résolution de fréquence : 0,3 Hz Hz
Marge de surcharge : 150 % du courant de sortie nominal pendant 1 minute (dépendance intégrale)
Ensemble complet d’équipements « Machines électriques » :
banc de laboratoire « Machines électriques » ;
un ensemble de machine ;
jeu de cavaliers ;
câble AM-BM USB 2.0 ;
CD-R contenant la documentation et le logiciel.
