TPE (2010-2011)

1. Les Moteurs électriques à courant continu TPE (2010-2011) Modèle, Modélisation Jérémy ChemlaBastien Nicolas

2. Sommaire Introduction I. Fonctionnement du moteur à courant continu A. Magnétisme B. Principe de fonctionnement II. Conception / Expérimentations A. Conception B. Expérimentation Conclusion

3. Introduction Comment fonctionne un moteur électrique à courant continu ?

4. Introduction • Un moteur électrique à courant continu est une machine électrique permettant de convertir une énergie électrique en énergie mécanique. Schéma éclectique

5. I. Fonctionnement du moteur à courant continu • A. Magnétisme • B. Principe de fonctionnement

6. A. Magnétisme Lignes de champ d’un aimant permanent Lignes de champ avec limaille de fer Lignes de champ d’un solénoïde

7. C. Magnétisme Conducteur rectiligne parcourut par un courant I Mise en évidence de la Force de Laplace

8. A. Magnétisme Électroaimant Intensité du champ en fonction du nombre de spire et du noyau

9. B. Principes de fonctionnement • Deux parties • Le Stator • Le Rotor Rotor complet Carter et aimants permanent Balais et collecteur

10. B. Principes de fonctionnement Bobinage du rotor Représentation des forces de Laplace dans le moteur

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

12. II. Conception / Expérimentations • A. Conception • B. Expérimentations

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

14. A. Conception Mise en fonctionnement du moteur

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 Montage Matériel nécessaire Idée prise sur : http://bernard.gillot.pagesperso-orange.fr

16. A. Conception Mise en fonctionnement du moteur

17. A. Conception • Vidéo 2ème moteur 2ème moteur

18. A. Conception • 3ème Moteur à courant continu • Un support en bois • 5 m de fil émaillépar 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

19. A. Conception Fabrication du rotor

20. A. Conception • Vidéo 3èmemoteur Stator Rotor

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

22. A. Conception Support du rotor Base du rotor, SolidWorks Machine à prototypagerapide du lycée Support des aimants Support des balais

23. A. Conception Fabrication du support Brasure des collecteur Finition du support des balais Montage du stator

24. A. Conception • Vidéo prototype final Rotor Prototype achevé 2ème moteur Stator

25. B. Expérimentations • Mesure de la vitesse en fonction de la tension Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

26. B. Expérimentations • Mesure de la vitesse en fonction de la tension Graphique de la vitesse Valeurs expérimentales

27. B. Expérimentations • Mesure du couple en fonction de l’intensité Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

28. B. Expérimentations • Mesure du couple en fonction de l’intensité Valeurs expérimentales Graphique du couple

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

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.

31. Sources Merci 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.