Moteur électrique (Sujet N°=4)

Concours national d’accès au Doctorat LMD : Moteur électrique (Sujet d’examen de doctorat 4).

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Exercice 1 : Questions

1. Pourquoi la vitesse de rotation du rotor de la MAS, en fonctionnement moteur en charge, doit être inférieure à la vitesse du champ tournant?
2. Pratiquement, on ne peut pas faire fonctionner la MAS au-delà du glissement critique, expliquer pourquoi.
3. Dessiner le branchement du rhéostat de démarrage sur un moteur électrique à bague (bobinée). Expliquer à quoi sert ce rhéostat. Donner l’allure du couple de démarrage en fonction du glissement d’une MAS lorsqu’on utilise un Théostat de démarrage.
4. Donner les étapes nécessaires pour coupler un alternateur avec un réseau électrique.
5. Quelles sont les conditions de fonctionnement d’une machine asynchrone à cage d’écureuil en mode génératrice?
6. Citer et expliquer les méthodes de démarrage d’un moteur synchrone.

Exercice 2 : Moteur électrique asynchrone

Un moteur électrique asynchrone de 575V, nr=1150 tr/min, Pu=8 hp avec f=60Hz.

1. Utiliser les conditions suivantes pour déterminer la fréquence du courant du rotor :

• Un rotor bloqué;
• Un rotor qui tourne dans le même sens que le champ tournant à 700 tr/min ;
• Un rotor tournant dans le sens opposé au champ tournant à 700 tr/min ;
• Un rotor qui tourne dans le même sens que le champ tournant à 1900 tr/min ;
• Tracer la caractéristique mécanique en montrant chaque condition (a, b, c, et d) sur la courbe, ainsi que le fonctionnement de la machine;
• Que signifie le signe négatif de la fréquence du courant rotorique.

2. Ce moteur produit un couple de 110 N.m à une vitesse de 1090 tr/min à la fréquence 60 Hz, il est prévu de fournir de l’énergie à ce moteur à une fréquence de 35 Hz. Déterminer :

• La tension d’alimentation nécessaire pour maintenir le flux dans la machine.
• La nouvelle vitesse du couple identique 110 Nm.
• Présenter les caractéristiques mécaniques des deux points de fonctionnements du moteur électrique.

Exercice 3 : Alternateur électrique

Soit un alternateur triphasé caractérisé par: Couplage étoile, 300/520V, 60Hz, 2/3.46A, 1800tr/min, \cos\left(\varphi\right) =0.707, la résistance statorique par phase vaut R=25Ω.

• L’essai en court-circuit sous une vitesse de 800 tr/min donne: Icc=In, et Jcc= 0.3A.
• En fonctionnement alternateur de la machine, l’essai à vide donne sous n=1000 tr/min: Ev=1000.J

1. Calculer le nombre de pôles, la réactance synchrone et l’inductance synchrone de la machine.
2. Construire le diagramme de Behn-Eschenbourg pour le point de fonctionnement nominal [1cm-50V].
3. Calculer le courant d’excitation J qui permet de satisfaire ce point de fonctionnement.
4. L’alternateur débite sur une charge résistive triphasée équilibrée. Pour un courant de charge égal à In/2 et un courant d’excitation J=0.25A déduire la tension composée aux bornes da la charge.
5. Tracer la caractéristique externe V=f(I) pour une charge résistive et pour J=0.25A.

Exercice 4 : Moteur à courant continu

Un moteur à courant continu à excitation parallèle fonctionne sous une tension U=243V et possède une résistance d’induit r. En premier lieu, a vide le moteur consomme une puissance électromagnétique Pa=470W et tourne à une vitesse n= 24.9 tr/s. En dernier lieu, en charge nominale, le moteur électrique développe un couple électromagnétique Ce=30N.m et tourne à une vitesse n=24/s.

1. Calculer le couple électromagnétique à vide qu’on considère constant.
2. Pour un fonctionnement à flux constant (f.e.m E=K.Ω où Ω=2 \pi n en rad/s) :

• Exprimer le couple électromagnétique Ce f(n) en fonction de U, K et r;
• Déterminer l’expression du couple électromagnétique Ce=f(n):
• Comparer les deux expressions du couple de a et b et en déduire les valeurs de K et r
• Calculer le courant de l’induit nominal et la puissance électromagnétique nominale Pem.

3. Pour un fonctionnement à couple constant (Ce constante), déterminer la puissance électromagnétique maximale Pmax que peut délivrer le moteur.

Exercice 5 : Moteur asynchrone triphasé

Un moteur électrique asynchrone triphasé 380V, 50Hz absorbe un courant de 30A avec un facteur de puissance égale à 0.86; son glissement est alors 4%. La résistance mesurée entre deux phases du stator est 0.2Ω et les pertes dans le fer du stator sont 300 W. Calculer :

• La fréquence de rotation sachant qu’il y a 6 pôles ;
• Les pertes par effets joules dans le stator;
• Les pertes par effets joules dans le rotor;

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