Transformateur électromécanique (Sujet N°=5)

Concours national d’accès au Doctorat LMD : Transformateur électromécanique (Sujet d’examen de doctorat 5).

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Exercice 1 : Transformateur électromécanique

Transformateur électromécanique étoile-étoile alimente un redresseur PD3 à thyristors qui alimente une charge suffisamment inductive pour qu’on puisse supposer que le courant de charge est constant, en négligeant l’empiètement et sachant que le rapport du transformateur m=1.

Pour \alpha = 60°, tracer:

1. La tension aux bornes de la charge.
2. La tension inverse V_T1.
3. Le courant secondaire I_c du transformateur électromécanique.

Exercice 2 : Alternateur triphasé

Les forces électromotrices supposées parfaitement sinusoidales et de fréquence f sont produites par un alternateur triphasé avec des enroulements d’induit couplés en étoile. Il an un rotor tétrapolaire. Les tests suivants ont été effectués :

Relevé de la caractéristique à vide: E est tension efficace par phase à vide en fonction de l’intensité du courant d’excitation J à la vitesse nominale.

On donne: R=0.6Ω, \alpha =0.021 et \lambda=0.52. Cet alternateur alimente sous une tension composée U=346 V une charge absorbant un courant nominal I=25A et de \cos\left(\varphi\right) =0.6 AR.

1. Calculer la réactance synchrone.
2. Déterminer pour ce point de fonctionnement le courant d’excitation par le diagramme de la réactance synchrone (Behn-eschenburg).

Exercice 3 : Questions

Confirmer par vrai ou faux les affirmations qui suivent :

1. Le couple d’une MAS dépend principalement :

• Du glissement.
• L’inductance propre par phase.
• De la résistance rotorique.
• La réactance magnétisante.

2. Le rhéostat de démarrage dans la MAS :

• Se branche en série entre l’alimentation et l’induit.
• Permet de réduire le temps de démarrage de la MAS.
• Permet de réduire le courant de démarrage.
• .Est constitué d’un ensemble de bobines.

3. a) Pem=Pabs +Pjs
   b) Pmec=Pem-Pf-Pjr
   c) Pm=Pabs-Pmec
   d) Pjr= (1-g) Pem

4. Dans une MAS le rapport (V/f) doit être constant pour :

• Avoir un couple au démarrage important.
• Garder le couple maximal stable.
• Maintenir la valeur du glissement critique constante.
• Assurer la même stabilité de fonctionnement de la machine.

Exercice 4 : Transformateur électromécanique (Moteur à c.c)

Transformateur électromécanique à c.c de 225KW, 250V, 1200tr/min entraine une charge possédant une grande inertie dans la valeur totale, rapporté à l’arbre du moteur est de 177kg.m². En régime normal le moteur est branche à une source de 210V, et sa vitesse de 1280tr/min, on utilise une résistance extérieure de 0.2Ω pour arrêter le moteur pour freinage dynamique. Calculer :

1. La valeur du temps T_o.
2. Le temps requis pour que la vitesse tombe à 80tr/min.
3. Estimer le temps requis pour atteindre 80tr/min sous freinage dynamique sachant que les pertes par frottement, par aération et dans le fer sont de 8 KW.

Exercice 5 : Bobine d’un transformateur électromécanique

Une bobine d’un transformateur électromécanique de forme rectangulaire constituée de N=20 spires, tourne dans un champ magnétique uniforme à la vitesse constante. Les données du problème sont les suivantes :

Br=0.5T; L=0.1m; r=0.5m; Ω= 103 rad/s.

1. Calculer la force électromotrice induite au niveau de la bobine.
2. Une résistance R= 100Ω est connectée aux bornes de la bobine. Déterminer le courant absorbé par la résistance R.
3. Dans les conditions de (2) déterminer l’amplitude du couple qui s’exerce sur la bobine.

Exercice 6 : Transformateur électromécanique à cage

Transformateur électromécanique à rotor à cage entraîne un système de levage. Les indications de la plaque signalétique sont les suivantes: 230/400V, 1040/600A, 300kW, 180 tr/min, 50 Hz, \cos\left(\varphi\right) illisible.

Le transformateur électromécanique est alimenté par un réseau triphasé de 400 V entre phases, 50 Hz. Une série de mesures sur le moteur a donné les résultats suivants :

• Résistance mesurée entre phases (enroulements couplés): R= 60mΩ.
• 2 essais à vide afin de séparer les pertes fer des pertes mécaniques. Sous tension nominale et n≈ 187 tr/min.
• Puissance absorbée P1 = 11.5 kW et Courant absorbé I1 = 200A.
• Sous tension réduite (U_N/2) et n≈ 187tr/min.
• Puissance absorbée à vide P_IR = 5 kW et ourant absorbé à vide I_IR négligeable.

Utilisation de la plaque signalétique :

1. Donne la signification des éléments portés sur la plaque signalétique;
2. Déterminer le couplage du transformateur électromécanique;
3. Calculer la vitesse de synchronisme ainsi que le nombre de paires de pôles;
4. Trouver le moment du couple utile.

Etude au fonctionnement nominal :

1. Calculer le glissement du moteur;
2. Déterminer les pertes mécaniques;
3. Trouver la puissance transmise au rotor;
4. Calculer les pertes joules rotor et les pertes fer stator;
5. Calculer la puissance absorbée et le rendement du moteur.

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