TD MACHINE SYNCHRONE - La physique appliquée en STI

TD machine synchrone
I. Exercice n° 1 : application simple 1) Un alternateur triphasé tourne à 250 tr/min et produit une fem de
fréquence 50 Hz.
Quel est le nombre de pôle du stator ? 2) Un alternateur triphasé produit une fem de fréquence 60 Hz. Il possède
12 pôles.
Quelle est sa fréquence de rotation ? 3) A vide, un alternateur monophasé, à aimants permanents, fournit une
fem de valeur efficace 220 V lorsque la roue polaire tourne à 500
tr/min.
Quelle est la fem si la roue polaire tourne à 600 tr/min. 4) La plaque signalétique d'un alternateur porte les indications
suivantes : 60 kVA ; 220/380 V ; 6 pôles.
Quelle est l'intensité efficace du courant nominal en ligne ? 5) Un alternateur triphasé 220/380 V, 50 Hz alimente un moteur asynchrone
triphasé qui absorbe une puissance de 3 kW. Le facteur de puissance du
moteur est 0,9.
Quelle est l'intensité du courant en ligne ? II. Exercice n° 2 :
Un alternateur monophasé possède 4 pôles. La résistance de son induit est
de 0,4 ?. 1) Lors d'un essai à vide, la fem dans l'induit a une valeur efficace de
240 V et sa fréquence est de 50 Hz. Quelle est la fréquence de
rotation ?
L'alternateur alimente une charge traversée par un courant de 40 A. La
tension efficace aux bornes de la charge est 196 V. La charge est
inductive, son facteur de puissance étant égal à 0,9. 6) Quelle est la puissance absorbée par la charge ? 7) Calculer la baisse de tension aux bornes de l'alternateur ? 8) Quelles sont les pertes autres que par effet Joule dans l'induit
sachant que le rendement de l'induit de l'alternateur est de 0,8 ? III. Exercice n° 3 :
La tension entre phases d'un alternateur triphasé couplé en étoile vaut 13
kV. L'alternateur débite un courant d'intensité efficace 6 000 A dans une
charge triphasée équilibrée dont le facteur de puissance est 0,85. 1) Quelles sont les puissances active, réactive et apparente de la
charge ? 2) Sachant que le rendement de l'alternateur est de 98,5 %, calculer les
pertes de puissance de l'alternateur ainsi que la puissance qu'il
absorbe. IV. Exercice 4 :
Une génératrice synchrone monophasée (ou alternateur) est entraînée par un
moteur d'automobile (transmission par courroie), afin de recharger la
batterie d'accumulateurs.
On a relevé, à l'aide d'un oscilloscope, l'allure, en fonction du temps, de
la tension v délivrée par la génératrice synchrone à vide (figure 1). 9) Déterminer la tension maximale Vmax délivrée par la génératrice à
vide. En déduire la tension efficace V à vide. 10) Déterminer la période de la tension relevée sur la figure 1. En
déduire sa fréquence. 11) La génératrice synchrone fournit un courant sinusoïdal d'intensité
efficace I = 55 A au système redresseur qui recharge la batterie
d'accumulateurs.
On relève, dans ces conditions, une tension efficace V = 14,4 V aux bornes
de la génératrice ; le facteur de puissance vaut cos ? = 0,90. 12) Calculer la puissance active P fournie par la génératrice. 13) Calculer la puissance réactive Q correspondante. 14) En déduire le rendement de la génératrice, sachant qu'elle reçoit du
moteur d'automobile une puissance mécanique totale Pm = 1,10 kW. V. Exercice 5 :
Un alternateur monophasé doit fournir une tension 230V-50Hz pour remplacer
le réseau EDF en cas de coupure dépassant quelques minutes. 1) A quelle fréquence de rotation, en tr/min, doit tourner le rotor de
cette machine s'il comporte 2 pôles?
Pendant une coupure EDF, l'alternateur débite une intensité efficace I =
27 A sous U = 22O V en 5O Hz, avec un facteur de puissance égal à 0,8. 2) Calculer la puissance apparente de l'alternateur dans ces conditions 3) Calculer la puissance active utile et la puissance réactive fournies
par cette machine ; 4) En déduire le rendement de l'alternateur si le moteur diesel lui
fournit un couple de moment Tmot = 15,9 N.m à la fréquence de rotation
calculée à la question 1. VI. Exercice 6 : étude de l'alternateur monophasé à excitation constante
Fonctionnement à vide (sans charge électrique).
Dans ce cas la valeur efficace EV de la tension aux bornes de l'induit peut
se mettre sous la forme EV = K.N.p.n.?. Dans cette expression, n est la
fréquence de rotation du rotor exprimée en tr.s-1, ? est le flux magnétique
maximal sous un pôle exprimé en Wb, K est la constante de Kapp, N est le
nombre de conducteurs et p est le nombre de paires de pôles. On mesure
EV = 20 V pour n = 25 tr.s-1.
1) Calculer la fréquence f de la tension aux bornes de l'induit, pour n
= 25 tr.s-1, sachant que p = 6. 2) Pourquoi peut-on dire que l'alternateur monophasé fonctionne à flux
constant ? 3) On peut simplifier l'expression EV = K.N.p.n.? en EV = k.n. Justifier
cette relation de proportionnalité entre EV et n.
Fonctionnement en charge
L'alternateur monophasé tourne à la fréquence de rotation n = 25 tr.s-1. Sa
charge est purement résistive. Il débite un courant d'intensité 8 A.
La figure ci-contre représente le modèle simplifié de l'induit de
l'alternateur.
On donne la valeur de la réactance : Xs = 1,57 (
La résistance de l'enroulement est négligée.
15) Sachant que la fréquence de rotation du rotor est n = 25 tr.s-1,
donner la valeur efficace Ev de la tension aux bornes de l'induit. 16) Calculer la valeur efficace Uxs de la tension uxs(t) aux bornes de la
réactance Xs. 17) Quelle relation a-t-on entre les vecteurs [pic]v, [pic]xs et [pic] ? 18) Tracer sur le document réponse, en respectant l'échelle, le diagramme
vectoriel correspondant aux tensions ev (t), uxs(t) et v(t). 19) Mesurer la valeur efficace Veff de la tension de sortie v(t) sur ce
diagramme vectoriel. 20) Calculer la puissance électrique délivrée par cet alternateur.
La puissance Pe dissipée dans l'inducteur est : Pe = 23 W. L'ensemble des
autres pertes est estimé à 20 W. 21) En déduire le rendement de l'alternateur pour ce fonctionnement. [pic]
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Base de temps : 0,25 ms/div. Tension : 10 V/div. Figure 1 [pic] [pic]