Physique et Chimie au lycée Jan Neruda de Prague
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4C Phy10. TP moteur électrique

mardi 22 février 2011 par Luc Tartier

Les élèves disposent du dispositif suivant :
 
Deux moteurs électriques continus identiques pouvant être reliés par un engrenage, un générateur électrique réglable (0-12V et 0-6A), deux voltmètres et deux ampèremètres continus.
 
1) Moteur à l’arrêt
  • On mesure la résistance de la bobine du rotor avec un ohmmètre : selon la position du rotor, on mesure de 2,8Ω à 4,5Ω à cause des contacts au niveau du collecteur.
  • Pour une position donnée, on bloque le moteur et on branche prudemment le générateur pour ne pas faire passer un courant trop important : Pour I = 67 mA, la tension vaut U = 0,27V. On retrouve une résistance interne r = 0,067/0,27 = 4Ω
 
2)Moteur à vide
  • Le moteur est alimenté par un générateur de tension continue de 6V.
  • Il démarre avec un courant mesuré d’environ 140 mA qui baisse rapidement jusqu’à I = 67 mA lorsque sa vitesse est stabilisée.
  • Il tourne sans charge donc l’énergie qu’on lui fournie ne sert à rien :
    P0 = PPerdue par effet Joule + Pperdue par frottement = 6V x 67 mA = 402 mW
    avec PPerdue par effet Joule = r.I² = 4Ω x 0,067² = 18 mW
    Les frottements sont ici plus importants que l’effet Joule (le moteur est petit et bon marché).
     
 3) moteur en charge.
 
  • La tension du générateur est toujours de 6V
  • On freine le moteur avec un carton de manière à obtenir les courants du tableau suivant et on note les tensions correspondantes :
 
I (A)  0, 06 0,10 0,22 0,31 0,41 0,52
Umoteur (V) 6,07 5,7 5,1 4,6 4,1 3,6
 
Second groupe
I (A) 0,06 0,12 0,23 0,36 0,48 0,51
Umoteur (V) 6,1 5,0 4,8 4,4 3,8 3,8
 
 
  • Calculer dans chaque cas la puissance consommée par le moteur et son rendement en considérant les pertes mécaniques du moteur constantes.
 
2) Moteur relié par engrenage à un autre moteur.
  • "A vide" le moteur n°1 doit déjà entrainer le second moteur donc sa vitesse baisse et on mesure les couples de valeurs suivants :
     
    • U1 = 5,8V U2 = 5,1 V Second groupe U1 = 6,1V U2 = 5,6 V
    I1 = 0,24 A I2 = 0 A   I1 = 0,13 A I2 = 0 A
Le moteur n°2 est en fait un générateur dont la tension augmente avec la vitesse de rotation .
Calculer les différentes puissances mises en jeu.
 
  • En charge maximale, le générateur est court-circuit. La vitesse de l’ensemble baisse considérablement. On mesure les couples suivants.

    U1 = 4,4V U2 = 0 V Second groupe U1 = 4,1V U2 = 0 V
    I1 = 0,72 A I2 = 0,33 A   I1 = 0,63 A I2 = 0,42 A


    Calculer à nouveau les puissances mises en jeu.

 

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