Machines électriques (Sujet d’examen de doctorat 1)

Concours national d’accès au Doctorat LMD : Machines électriques (Sujet N°=1)

Sujets suggérés par Dr. Saad Khadar.

Exercice 1: Machines électriques à courant continu

Soit les caractéristiques chiffrées suivantes des machines électriques à excitation séparée: Pu=31 kW, Uan=220 V, Ian=172 A, n=1500 tr/min, Rs=0.2Ω.

1. On insert une résistance dans d’induit du moteur Cas1: Rad=1.15Ω, Cas2: Rad=3.15Ω. En premier lieu, pour une tension d’induit nominale et charge semi nominale (Ia=Ian/2), déterminer la vitesse de rotation et préciser le régime de fonctionnement du moteur lorsque le couple de charge est actif?
2. Le moteur fonctionne en régime de freinage par récupération d’énergie, en descendant une charge nominale, sous tension d’induit Uan semi nominale. Calculer sa vitesse du moteur?
3. En régime de freinage dynamique, le moteur tourne à une vitesse de 850 tr/min sous charge nominale, trouver la valeur de la résistance additionnelle branchée dans son circuit d’induit?
4. Le réglage de la vitesse s’effectue par affaiblissement du flux inducteur pour une tension d’induit nominale, calculer la gamme de réglage?

Exercice 2: Machines électriques (alternateur)

Machines électriques (alternateur triphasé) à pôles lisses 50 Hz couplé en étoile comporte 4 pôles. Il débite une puissance nominale de 1000kVA, sous une tension nominale de 2300V entre bornes avec \cos\left(\varphi\right) =0.8. La résistance d’une phase est de 0.1562Ω et la réactance synchrone est de 1.15Ω. A une fréquence de 50Hz, les pertes mécaniques sont de 24kW et les pertes fers sont de 18kW. La résistance du circuit inducteur est de 50Ω et la force électromotrice à vide par phase (E) en fonction du courant d’excitation (J) est donnée par la relation: E=650.J (V).

1. Calculer le courant d’excitation nécessaire pour obtenir une tension de 2300 V entre phases à vide.

Par ailleurs, pour les conditions nominales de fonctionnement :

2. Calculer la Force électromotrice par phase E et en déduire le courant d’excitation J.
3. Trouver l’angle interne.
4. Calculer la puissance et le couple développés par le moteur d’entraînement.
5. Déterminer le rendement de cet alternateur en régime de fonctionnement nominal.

Exercice 3: Machines électriques (moteur asynchrone)

Un moteur asynchrone, couplé en étoile sur un réseau triphasé 230/400 V avec 50 Hz, absorbe un courant de ligne égal à 25A. Les caractéristiques nominales de ce moteur sont : n = 970tr/min, les pertes Joules : Pj= 400W, les pertes fer : Pfer = 380W, les pertes mécaniques : Pméc =400W et un facteur de puissance : \cos\left(\varphi\right) =0.82.

1. Pourquoi les machines électriques asynchrone ne tourne pas exactement à la vitesse de synchronisme du champ tournant?
2. Calculer le glissement (g) de ce moteur.
3. Calculer le rendement (n) de ce moteur.

Exercice 4: Moteur à excitation séparée

On considère un moteur à courant continu à excitation séparée maintenue constante et avant une résistance d’induit Ra=0.5Ω. Premièrement, alimenté sous 115 V, il tourne à vide à 1725 tr/min. Par l’intermédiaire d’un réducteur on l’accouple à un treuil auquel est suspendu une musse de 200kg, il consomree alors 1840W et les pertes constantes sont supposées négligeables.

1. Calculer courant d’induit, la fem, la vitesse de rotation, la puissance mécanique.
2. On remplace les 200kg par les 400kg, calculer les mêmes grandeurs qu’er 1.
3. Quelle est la vitesse quand le câble est enroulé en sens inverse et que la messe de 200kg tend à entraîner le moteur.

Exercice 5: Machines électriques (transformateur)

On veut mesurer les pertes fer des machines électriques (transformateur triphasé). Le primaire est monté «triangle». La tension composée, primaire, est U1= 3500 V.
On mesure par la méthode des deux wattmètres, dans un essai à vide : PA=210W et PB=-90W.

1. Calculer les pertes fer pour une colonne.
2. trouver la puissance magnétisante (puissance réactive consommée à vide) pour les trois colonnes.
3. Calculer l’angle \alpha , par sa tangente tg( \alpha )=Q/P en déduire son cosinus et son sinus.
4. En remplaçant le triangle par l’étoile équivalente, définir et dessiner le triangle P, Q, S relatif à une phase du primaire. En déduire le courant à vide.

Exercice 6: Machines à courant continu

Construire la caractéristique électromécanique de la vitesse des machines à courant continu à excitation séparée. Par ailleurs, les donnes du moteur sont : I=76A, Ω=105rad/s, Ra=0.376Ω, P=29KW, U=440V.

-Finalement, calculer le couple admissible pour I=In et la vitesse Ω=1.5Ωn.

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