![Page 1: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/1.jpg)
TPE (2010-2011)
1
Modèle, Modélisation
Les Moteurs électriquesà courant continu
Jérémy ChemlaBastien Nicolas
![Page 2: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Sommaire
Introduction
I. Fonctionnement du moteur à courant continuA. MagnétismeB. Principe de fonctionnement
II. Conception / ExpérimentationsA. ConceptionB. Expérimentation
Conclusion
![Page 3: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Introduction
Comment fonctionne un moteur électrique à courant continu ?
![Page 4: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Introduction
• Un moteur électrique à courant continu est une machine électrique permettant de convertir une énergie électrique en énergie mécanique.
Schéma éclectique
![Page 5: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/5.jpg)
5
I. Fonctionnement du moteur à courant continu
• A. Magnétisme• B. Principe de fonctionnement
![Page 6: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/6.jpg)
6
A. Magnétisme
Lignes de champ d’un aimant permanent
Lignes de champ d’un solénoïde
Lignes de champ avec limaille de fer
![Page 7: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/7.jpg)
7
C. Magnétisme
Conducteur rectiligne parcourutpar un courant I
Mise en évidence de la Force de Laplace
• •
![Page 8: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/8.jpg)
8
A. Magnétisme
Intensité du champ en fonction du nombre de spire et du noyau
Électroaimant
![Page 9: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/9.jpg)
9
B. Principes de fonctionnement
• Deux parties– Le Stator– Le Rotor
Carter et aimants permanent
Rotor complet
Balais et collecteur
![Page 10: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/10.jpg)
10
B. Principes de fonctionnement
Représentation des forces de Laplace dans le moteur
Bobinage du rotor
![Page 11: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/11.jpg)
11
B. Principes de fonctionnement
• U = E + R . I• Vitesse : Ω = E / k = U – R. I / k• Couple : C = k . I• Puissance électrique : Pélec = U . I
• Puissance mécanique : Pméca = C . Ω
• Rendement : n = Pméca / Pélec
![Page 12: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/12.jpg)
12
II. Conception / Expérimentations
• A. Conception• B. Expérimentations
![Page 13: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/13.jpg)
13
A. Conception
• 1er Moteur à courant continu (simple)– 50 cm de fil émaillé– Du fil de cuivre rigide dénudé (support/balais)– Un aimant
Fonctionnement
![Page 14: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/14.jpg)
14
A. Conception
Mise en fonctionnement du moteur
![Page 15: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/15.jpg)
15
A. Conception
• 2ème Moteur à courant continu– 20 m de fil émaillé– Un bouchon– Deux cure-dent (axe)– Deux aiguilles (collecteur)– Du fil de cuivre (balais)– Un aimant
Matériel nécessaire
Montage
Idée prise sur : http://bernard.gillot.pagesperso-orange.fr
![Page 16: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/16.jpg)
16
A. Conception
Mise en fonctionnement du moteur
![Page 17: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/17.jpg)
17
A. Conception
• Vidéo 2ème moteur
2ème moteur
![Page 18: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/18.jpg)
18
A. Conception
• 3ème Moteur à courant continu– Un support en bois– 5 m de fil émaillé
par bobines (x8)– Deux bouchons
(rotor et collecteur)– Des clous (rotor
et fixations)– Du papier aluminium
(collecteur)– Un axe– Deux aimants de HP– Deux support en acier avec vis pour les aimants
Notre moteur
![Page 19: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/19.jpg)
19
A. Conception
Fabrication du rotor
![Page 20: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/20.jpg)
20
A. Conception
Stator Rotor
• Vidéo 3ème moteur
![Page 21: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/21.jpg)
21
A. Conception
• Prototype finale– Six pièces conçu sous SolidWorks et réalisé avec la machine à
prototypage rapide du lycée– 24 m de fil émaillé par bobine (x8)– Une tige en acier inoxydable Φ5 (axe)– 16 tiges d’acier Φ5 (noyau)– Un raccord en cuivre de plomberie Φ16 (collecteur)– Deux roulement à bille 5*8*2,5 (mm)– Deux bornes de piles 4,5V (balais)– Deux gros aimants céramique de HP– Deux morceaux de plexiglas (pour plaquer les aimants)– Un support en bois– 10 vis, 10 rondelles et 10 écrous Φ3 et deux vis Φ5
![Page 22: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/22.jpg)
22
A. Conception
Base du rotor, SolidWorks
Support des balais
Support du rotor
Support des aimants
Machine à prototypagerapide du lycée
![Page 23: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/23.jpg)
23
A. Conception
Brasure des collecteur
Finition du support des balais Montage du stator
Fabrication du support
![Page 24: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/24.jpg)
24
A. Conception
• Vidéo prototype final
2ème moteur
Rotor
Stator
Prototype achevé
![Page 25: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/25.jpg)
25
B. Expérimentations
• Mesure de la vitesse en fonction de la tension
Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
![Page 26: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/26.jpg)
26
B. Expérimentations
• Mesure de la vitesse en fonction de la tension
Valeurs expérimentales Graphique de la vitesse
U (V) V (RPM) Ω (rad.s-1)5,2 480 50,26548256,1 575 60,21385926,5 675 70,68583477 905 94,7713784
7,8 1330 139,2772748,2 1500 157,0796339,1 1620 169,646003
10,1 1771 185,45868611,4 1863 195,09290412,4 1970 206,29791813,2 2130 223,05307814,4 2300 240,85543715,5 2440 255,51620216 2550 267,035376
16,7 2645 276,98375217,6 2800 293,21531418,9 3016 315,83478119,5 3156 330,495547
4 6 8 10 12 14 16 18 20 220
50
100
150
200
250
300
350
Vitesse
U (V)
Ω (r
ad.s-
1)
![Page 27: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/27.jpg)
27
B. Expérimentations
• Mesure du couple en fonction de l’intensité
Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
![Page 28: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/28.jpg)
28
B. Expérimentations
• Mesure du couple en fonction de l’intensité
Valeurs expérimentalesGraphique du couple
I (A) Force (N) C (N.m) k0,15 1,1 0,00275 0,018333330,19 1,5 0,00375 0,019736840,21 1,9 0,00475 0,022619050,25 2,5 0,00625 0,0250,27 2,7 0,00675 0,0250,29 3 0,0075 0,025862070,32 3,3 0,00825 0,025781250,34 3,5 0,00875 0,025735290,37 4,1 0,01025 0,02770270,39 4,3 0,01075 0,02756410,41 4,5 0,01125 0,027439020,43 4,8 0,012 0,027906980,45 5 0,0125 0,027777780,48 5,1 0,01275 0,02656250,52 5,3 0,01325 0,02548077
0,025233450.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
Couple
I (A)
C (N
.m)
![Page 29: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/29.jpg)
29
Conclusion
• Pour amélioré notre moteur, nous pourrions :– Utilisés des aimants plus puissants et/ou qui englobe le rotor– Utilisés des charbons sur les balais pour réduire les frottements– Utilisés un système de ressort pour plaquer les balais– Utilisé un noyau ferromagnétique pour le rotor– Utilisé un axe moins flexible et parfaitement droit (le notre est
légèrement courbé)– Utilisé du fil émaillé plus épais pour réduire la résistance– Augmenter le nombre de spires du rotor pour renforcé le champ– Le confiné dans un carter pour le rendre plus transportable et
moins volumineux
![Page 30: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/30.jpg)
30
Conclusion
• Comment fonctionne un moteur électrique à courant continu ?
• Un moteur électrique à courant continu convertit l’énergie électrique en un champ magnétique à l’aide des plusieurs bobines (ou électroaimants) du rotor. Ce champ magnétique créé une force d’attraction (Force de Laplace) avec les aimants du stator qui met en rotation le moteur. Les lames du collecteur distribuent le courant au rotor grâce au mouvement de rotation en sorte que les Forces de Laplace soient les plus fortes possibles.
![Page 31: TPE (2010-2011) 1 Modèle, Modélisation Les Moteurs électriques à courant continu Jérémy Chemla Bastien Nicolas](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062312/551d9da5497959293b8d6064/html5/thumbnails/31.jpg)
31
SourcesMerci à :
http://google.fr/
http://fr.wikipedia.org/
http://www.youtube.com
http://bernard.gillot.pagesperso-orange.fr
http://membres.multimania.fr/
http://forums.futura-sciences.com/
http://www.installations-electriques.net/
http://www.zeva.com.au/
http://sitelec.org/
http://home.scarlet.be/
http://lsc.univ-evry.fr/
http://2fbj.free.fr/
http://fr.academic.ru/
http://www.supermagnete.fr/
http://fabrice.sincere.pagesperso-orange.fr/
http://physilien.midiblogs.com/
http://www.electrons.ch/
http://www.tribunes.com/
http://www.garmanage.com/
http://subaru2.univ-lemans.fr/
Manuel de physique 1ère S, collection Parisi
… Et surtout aux professeurs encadrant et à toutes les personnes qui ont aidées à la réalisation du projet.