1 - Bobine à noyau de Fer

TP n ° 1

BOBINE A NOYAU DE FER

1.- Préparation Pour tous les TP, les étudiants doivent avoir lu et préparé le sujet individuellement avant la séance, cette préparation est matérialisée par un écrit par binôme. Chaque étudiant devra être en possession du polycopié correspondant au sujet du TP. Le respect des directives précédentes participe à la note de TP avec le compte rendu de TP rendu en fin de séance. Ce compte-rendu fera apparaître les mesures réalisées, le protocole utilisé et les courbes de résultats éventuelles, avec échelle et légende apparentes. Des feuilles de papier millimétré et oscillogrammes vierges sont disponibles en salle.

1.1.- Travaux pratiques d'électronique de puissance Les sources d'énergie continue ou alternative utilisées en E.P. sont souvent des sources de tension non limitée en courant avec des impédances internes faibles. De plus, les tensions sont très supérieures à celles utilisées en laboratoire d'électronique. Par conséquent, à la différence d'une alimentation électronique stabilisée, d'un montage utilisant des amplificateurs opérationnels ou des circuits intégrés, les courts-circuits en E.P. ont comme conséquence la fusion de fusibles, ou la destruction de cordons, d'appareils de mesure, etc. La vérification des montages avant la mise sous tension est obligatoire. Le danger pour les personnes, sans être sous estimé, est très faible si l'on respecte un minimum de règles de sécurité, de bon sens, et surtout de réflexion avant une action sur un montage sous tension. NB : Une mesure se lit sur un appareil de précision (Voltmètre, Wattmètre ou Ampèremètre) Une observation, une visualisation ou une allure se lisent à l’oscilloscope, qui n’est pas fait pour la précision.

1.2.- Relire le cours BNF Répondre par écrit brièvement aux questions posées dans la préparation, le professeur vérifiera en début de séance que ce travail a été fait. Prévoir succinctement les montages et les méthodes de mesure de la partie expérimentions.

1.3.- Caractéristiques des appareils de mesure Connaître les caractéristiques et savoir reconnaître en particuliers les appareils ferromagnétiques et magnétoélectriques ainsi que les multimètres RMS ou non (voir le cours).

1.4.- Visualisation d'un cycle d'hystérésis Montage : Un alternostat et un transformateur d'isolement alimente les points A et B Attention : aux court circuits avec deux fils de masse sur l'oscilloscope • les appareils mesurent les valeurs efficaces (multimètres RMS, ferromagnétiques) • pour visualiser le courant, on utilise une sonde à effet Hall • le flux, donc l'induction B, est obtenu en intégrant par un circuit R,C la tension obtenue aux bornes d'un deuxième enroulement porté par la bobine. Hl dφ vy = ki ⌠ vx = α i = α  n2 dt dt = ki n2 S B ⌡ n1 T R = 1 MΩ et donc i2 est très faible. Justifier l’emploi du deuxième enroulement..

Justifier le choix R = 1 MΩ et C = 2 µF pour réaliser un intégrateur. Calculer ki. Comment l'impédance de l'entrée de l'oscilloscope (1MΩ) en parallèle sur C modifie t'elle ki ?

2.- Expérimentation 2.1.- Résistance de la bobine Mesurer la résistance r de l'enroulement 1 à l'aide d'un ohmmètre, puis en l'alimentant par un courant continu égal à IN (courant nominal, ordre de grandeur : 5 A par mm2 dans le cuivre) Cette mesure pourra être réalisée en fin de TP.

2.2.- Hystérésis 2.21.- Courant et tension Ne pas placer le circuit RC intégrateur sur le montage et visualiser le courant i à l'aide de la sonde Hall Pour U1 variant de 0 à 120% de U1N (U1N = valeur nominale de U1) : • Visualiser la tension u1(t) et le courant i(t) .pour plusieurs valeurs de U1 Interpréter. • Relever la tension u1(t) et le courant i(t) pour la tension nominale (graduer l'axe des ordonnées en volts et en ampères !) • Tracer I (valeur efficace de i) en fonction de U1 jusqu’à 110% de U1N. Interpréter.

2.22.- Flux Monter le circuit RC intégrateur sur l'enroulement secondaire placé sur la même colonne que la bobine étudiée. • Déterminer n1 et n2 en entourant le circuit magnétique d'un tour de fil rigide et en mesurant la tension aux bornes de ce fil. • Estimer (très approximativement) les dimensions géométriques du circuit magnétique. En tenant compte du coefficient de foisonnement égal à 0,95 (rapport entre surface utile du fer et section du circuit magnétique dû à l'isolation entre les tôles • Visualiser le flux et le relever (fonction du temps) sur le même graphe qu’au 2-21. Graduer l'axe en Weber puis en Tesla, interpréter. Préciser l'induction maximum BM dans le fer, comparer cette valeur à celle donnée par la formule de Boucherot. Quelle est la perméabilité relative du fer pour ce point • Tracer le cycle d'hystérésis pour U1N. Faire en sorte que le cycle occupe tout l’écran de l’oscilloscope (10 x 8 carreaux). Graduer les axes en Tesla et Am-1 A partir de la surface du cycle d'hystérésis, déterminer les pertes fer du matériau puis, à partir du volume effectif du fer de la bobine, les pertes fer de celle-ci. Vérifier ce dernier résultat avec un wattmètre.

2.3.- Pertes fer et bobine équivalente Pour U1 variant de 0 à 120% de U1N, relever par la méthode directe Pfer en fonction de simultanément I1 en fonction de U1 Conclure. Donner très approximativement les pertes fer en watt par kilo.

• Déterminer le schéma équivalent de la bobine pour U1N . Placer aussi la résistance r correspondant aux pertes cuivre sur ce modèle.

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