Question 1 - Lycée Don Bosco Marseille
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Leçon 14 Les générateurs à courant alternatif Page 1/3 1. Fréquence Il y a naissance d’une tension alternative dans un circuit électrique composé de spires, à partir du moment où un aimant tourne sur son axe. La vitesse de rotation de l’aimant et le nombre de paires de pôles (Nord – Sud) déterminent la fréquence. f = p.n Avec f : fréquence en Hertz (Hz) p : nombre de paires de pôles n : vitesse de rotation en tours par seconde (tr/s ou tr.s-1) p=fn Transformation : n=fp Un aimant permanent standard comprend deux pôles (1 Nord et 1 Sud) donc une seule paire de pôles. Mais dans la pratique, l’aimant permanent est remplacé par un électroaimant alimenté en courant continu. Celui-ci peut avoir plusieurs paires de pôles comme nous le montre les exemples ci-dessous : S N S N N N S Aimant à 1 paire de pôles Aimant à 2 paires de pôles S S N N S Aimant à 3 paires de pôles Remarque : lorsque dans un calcul du nombre de paires de pôles « p », on ne trouve pas un nombre entier , il faut arrondir au chiffre supérieur (exemple p = 2,3 veut dire 3 paires de pôles donc 6 pôles). Transformation des tr.s-1 en tr.min-1 : n tr.s-1 = n’ tr.min-1 60 n tr.min-1 = n’ tr.s-1 x 60 Exercices : 1800 tr.min-1 = 30 tr.s-1 12 tr.s-1 = 720 tr.min-1 147 tr.s-1 = 8820 tr.min-1 120 tr.min-1 = 2 tr.s-1 Leçon 14 Les générateurs à courant alternatif Page 2/3 12000 tr.min-1 = 200 tr.s-1 3000 tr.min-1 = 50 tr.s-1 25 tr.s-1 = 1500 tr.min-1 3.104 tr.min-1 = 500 tr.s-1 2. Tension alternative La force électromotrice E créée par la rotation est proportionnelle au nombre de spires, à la vitesse de rotation et au flux magnétique de l’aimant. E = k.N.n. Avec E : force électromotrice en Volt (V) k : coefficient de foisonnement (environ 2,22) N : nombre de conducteurs actifs (une spire = 2 conducteurs) n : vitesse de rotation en tours par seconde (tr/s ou tr.s-1) : Flux sous un pôle en Weber (Wb) Transformation de la formule : N = E (k.n.) n = E (k.N.) = E (k.N.n) Remarque : dans la pratique, les générateurs alternatifs monophasés ou alternateurs sont utilisés seulement dans les véhicules automobiles et comme groupe de secours ou de remplacement des maisons isolées, des exploitations agricoles, des vendeurs sur les marchés. 3. Appareil de mesure L’appareil qui visualise la forme des courants et des tensions s’appelle : un oscilloscope. Il se branche en dérivation. Représentation : Osc Leçon 14 Les générateurs à courant alternatif Page 3/3 4. Exercices Exercice 1 : Calculer la vitesse de rotation en tr.s-1 et en tr.min-1 d’une machine synchrone comportant quatre pôles et fonctionnant sous une fréquence de 50 Hz. f = 50 Hz p = 2 paires de pôles n=? n = f p = 50 2 = 25 tr.s-1 n’ = 25 60 = 1500 tr.min-1 Exercice 2 : Calculer le nombre de paires de pôles puis le nombre de pôles, d’une machine qui doit fournir 60 Hz, et qui tourne à 1500 tr.min-1. f = 60 Hz n = 1500 tr.min-1 = 25 tr.s-1 p=? p = f n = 60 25 = 2,4 p = 3 paires de pôles donc 6 pôles. Exercice 3 : Calculer le flux sous un pôle d’une machine fournissant 230 V pour 3000 tr.min-1 et N = 100 conducteurs actifs. E = 230 V n = 3000 tr.min-1 = 50 tr.s-1 N = 100 = E (k.N.n) = 230 (2,22 100 50) = 0,0207 Wb = 20,7 mWb Exercice 4 : Calculer la force électromotrice d’une machine tétrapolaire (4 pôles) dont le nombre de conducteurs actifs est de 21, la fréquence de 50 Hz et le flux sous un pôle de 0,1 Wb. p = 2 paires de pôles f = 50 Hz n = f p = 50 2 = 25 tr.s-1 N = 21 = 0,1 Wb E = k.N.n. = 2,22 21 25 0,1 = 117 V Exercice 5 : Calculer le nombre de conducteurs actifs puis le nombre de spires en fonction des données suivantes : E = 400 V ; = 48 mWb ; n = 100 tr.s-1. E = 400 V n = 100 tr.s-1 = 0,048 Wb N = E (k.n ) = 400 (2,22 100 0,048) = 38 conducteurs actifs donc 19 spires.
