Exercice n° 1

MOTEUR ASYNCHRONE
Exercice n° 1
La plaque signalétique d’un moteur asynchrone triphasé indique : 220 V / 380 V, 8 pôles
1. Le moteur est alimenté par un réseau triphasé 220 V / 380 V, 50 Hz. Justifier et représenter le
couplage du stator. Calculer la fréquence de synchronisme en charge
2. En charge, le moteur absorbe une puissance active de 97.4 kW avec un facteur de puissance de
0.86. Le glissement vaut 2.4 %. Calculer la fréquence de rotation en tr / mn puis l’intensité du
courant dans un fil de ligne
3. La résistance mesurée entre deux bornes de phases du stator vaut 0.1 . En ne tenant compte que
des pertes Joule, calculer pour la charge du 2 : les pertes Joule du stator, la puissance transmise au
rotor, les pertes Joule du rotor, la puissance utile, le moment du couple utile, le rendement
Exercice 2
Un moteur asynchrone a son stator couplé en triangle. On a relevé sa caractéristique mécanique sous
tension et fréquence nominale U = 380 V et f = 50 Hz ( figure 1 )
1. Quel est le nombre de paire de pôles ?
2. On donne les caractéristiques Tr = f ( n ) de trois charges L1, L2, L3. Indiquer pour chacune des
charges si le moteur pourra
 démarrer directement
 avoir un point de fonctionnement stable

démarrer en étoile
3. Trouver avec la charge L3 les valeurs du moment du couple en charge, de la fréquence de rotation
du groupe et de la puissance utile
4. Ce moteur est alimenté par un onduleur tel que U = 304 V et f = 40 Hz. Vérifier que U / f garde la
même valeur, tracer la partie utile de la nouvelle caractéristique mécanique sur la figure 1 en
supposant qu’elle se déplace parallèlement à elle-même. Répondre aux mêmes questions qu’en 3
Exercice n°3 Un moteur asynchrone triphasé tétrapolaire (4 pôles), à cage porte les indications
suivantes :
380 V / 660 V - 50 Hz.
Il est alimenté par un réseau 220 V / 380 V - 50 Hz.
1 - Comment doit-on coupler le stator sur le réseau utilisé ?
2 - Reproduire la plaque à bornes représentée sur la figure 4 en dessinant les lignes du
réseau et les liaisons électriques à effectuer.
3 - Le réseau utilisé est-il adapté pour pouvoir faire un démarrage étoile-triangle du moteur
? Pourquoi ?
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4 - Le moteur est soumis à divers essais qui donnent les résultats suivants :
– Résistance mesurée entre deux phases du stator couplé : Rs = 1,5 .
– Essai à vide sous tension nominale de fonctionnement
synchronisme :
Puissance active absorbée P0 = 200 W ;
Intensité du courant dans un fil de ligne Io = 1,5 A ;
et à vitesse proche du
– Essai en charge nominale sous la tension U = 380 V :
Puissance active absorbée P = 2,50 kW ;
Courant dans un fil de ligne I = 4,70 A ;
Fréquence de rotation : nN = 1410 tr / min.
Proposer et décrire une méthode expérimentale permettant la mesure de la puissance active
absorbée par le moteur.
5 - Calculer :
a) la fréquence de synchronisme ;
b) le facteur de puissance à vide ;
c) les pertes mécaniques si les pertes magnétiques au stator sont égales à 105 W.
6 - Pour le fonctionnement en charge, calculer :
a) le glissement g ;
b) la fréquence des courants rotoriques ;
c) les pertes par effet Joule au stator ;
d) les pertes par effet Joule au rotor ;
e) la puissance utile Pu ;
f) le moment du couple utile Tu ;
g) le rendement.
7 - En démarrage direct sur le secteur, le moteur absorbe un courant d’intensité Id = 15 A, et
le moment du couple de démarrage est : Td = 24 N.m.
On démarre le moteur en étoile sur le secteur utilisé ci-dessus. On admet que le moment
du couple de démarrage Td est proportionnel au carré de la tension appliquée à un
enroulement du stator.
Déduire la nouvelle valeur du moment du couple de démarrage.
U
V
W
Z
X
Y
Figure 4
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Exercice n° 4
Un moteur asynchrone triphasé possède 4 pôles. Il est couplé en étoile. Dans tout le problème, il
entraîne une machine lui imposant un couple résistant constant de moment Tr = 50 N.m.
1. En ne négligeant aucun type de pertes, compléter le schéma du bilan des puissances du moteur
(Document réponse n°l ). Préciser les notations utilisées en nommant toutes les puissances.
Les pertes mécaniques (pm) sont suffisamment faibles pour qu'elles puissent être négligées devant les
autres puissances mises en jeu ; ainsi, on peut considérer que le moment (Tu) du couple utile est égal à
celui (Tem) du couple électromagnétique. On négligera également les pertes (pfr) dans le fer du rotor.
En résumé, dans la suite du problème, on pourra écrire :
- pm  0 W
- Tu  Tem
- pfr  0 W
La résistance mesurée entre deux bornes du stator, les enroulements étant couplés, est R = 1,0 .
2. Le moteur est alimenté par un réseau de tensions triphasé équilibré 230 V/400 V, 50 Hz.
Dans ces conditions, il est traversé par un courant de ligne d'intensité I = 17 A. Les pertes dans le
fer du stator ont pour valeur pfs = 200 W et la partie utile de la caractéristique du couple utile Tu
(en N.m) en fonction de la fréquence de rotation n (en tr.min-1) est donnée sur le document réponse
n°5
2.1. Déterminer la fréquence ns de synchronisme (en tr.min-1)
2.2. En utilisant la caractéristique, déterminer la fréquence n de rotation en charge.
2.3. En déduire la valeur g du glissement en charge.
2.4. Calculer la puissance utile Pu du moteur.
2.5. Calculer les pertes par effet Joule pJS au stator.
2.6. Calculer la puissance transmise Ptr au rotor. En déduire les pertes par effet Joule pJr au
rotor.
2.7. Calculer la puissance Pa reçue par le moteur.
2.8. En déduire son facteur de puissance cos et son rendement .
2.9. Compléter le schéma de montage (document réponse n°2) avec tous les appareils
nécessaires pour mesurer, lors de l'essai en charge :
 l'intensité I du courant de ligne
 la tension U entre phases
 la puissance Pa reçue par le moteur (on dispose de deux wattmètres W1et W2 qui
indiquent des puissances P1 et P2 )
2.10. Exprimer la puissance Pa reçue par le moteur en fonction de P1 et P2 .
3. On se propose maintenant de faire varier la fréquence de rotation du moteur. Pour cela, on utilise
un onduleur qui permet de réaliser la condition U = constante.
f
3.1. Pour une fréquence f = 35 Hz, tracer la partie utile de la caractéristique T u(n) du moteur
sur le document réponse n°5 page 8.
3.2. En déduire les nouvelles valeurs de la fréquence de rotation du moteur en charge et du
glissement.
3.3. A quelle fréquence faudrait-il alimenter le moteur pour obtenir un point de
fonctionnement à :
- Tu = 50 N.m
- n = 1200 tr.min-1
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3.4. En déduire la tension d'alimentation correspondante.
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Exercice 5
Sur la plaque signalétique d'un moteur asynchrone triphasé on lit
220 V / 380 V
21 A / 12 A
5,5 kW 50 Hz
La caractéristique mécanique Tu(n) du moteur est donnée sur le document-réponse n° 3.
Tu : moment du couple utile en N.m.
n : fréquence de rotation en tr.min-1.
La mesure de la résistance d'un enroulement du stator a donné R = 0,40 
I - Deux réseaux triphasés sont disponibles : 127 V / 220 V et 220 V / 380 V
1) Quel est le réseau qui doit alimenter le moteur si on veut coupler son stator en étoile ?
Justifier la réponse. Pour la suite on gardera ce couplage.
II
2)
Quelle est l'intensité du courant en ligne au point nominal ?
3)
Quelle est la fréquence de synchronisme ns du moteur ? En déduire le nombre de pôles du
stator.
On réalise l'essai à vide du moteur à une fréquence proche de sa fréquence de synchronisme. On
obtient :
PaO = 0,40 kW (puissance absorbée à vide).
I0 = 4,0 A (intensité du courant en ligne à vide).
1)
La puissance PaO a été mesurée par la méthode des deux wattmètres : donner le schéma de
principe de cette méthode.
2)
Calculer les pertes dans le fer du stator Pfs, ; on suppose que les pertes mécaniques p m sont
égales à 0,20 kW.
III-Ce moteur entraîne une machine lui imposant un couple résistant indépendant de la vitesse de
moment TR = 36 N.m.
1)
2)
3)
Peut-on réaliser le démarrage direct du moteur en charge ? Justifier la réponse.
Déterminer la fréquence de rotation du moteur en charge et la valeur de son glissement.
Calculer la puissance utile Pu du moteur.
IV - On donne pour le fonctionnement nominal du moteur:
PuN = 5,5 kW nN = 1450 tr.min-1 IN = 12 A
pfs = 0,18 kW
1) Pourquoi les pertes dans le fer du stator ainsi que les pertes mécaniques gardent-elles les
mêmes valeurs que dans l'essai à vide ?
2) Calculer la puissance transmise au rotor Ptr.
3) Calculer les pertes par effet Joule au stator pjs
4) Calculer la puissance Pa absorbée par le moteur et son facteur de puissance.
V - Pour faire varier la fréquence de rotation du moteur on alimente le stator avec un onduleur ;
l'onduleur fait varier la fréquence f de la tension d'alimentation et sa valeur efficace V aux bornes
de chaque enroulement du stator en imposant le rapport V/f constant.
On considère que les parties utiles des caractéristiques Tu (n) pour différentes valeurs de f sont
des droites parallèles ; la charge impose toujours Tu = 36 N.m.
1)
La fréquence de la tension d'alimentation du moteur est réglée à f = 30 Hz.
a) Calculer la fréquence de synchronisme ns et tracer la partie utile de la nouvelle
caractéristique Tu (n) sur le document-réponse n° 3, page 8.
b) En déduire la fréquence de rotation n et la valeur efficace U de la tension d'alimentation
entre phases.
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2) On veut obtenir une fréquence de rotation égale à 1000 tr.min-1 -, déterminer la fréquence de
synchronisme ns ; en déduire la fréquence de la tension d'alimentation.
150
Tu(N.m)
100
50
0
0
1500
n(tr/mn)
Exercice 6 : Métropole 2007
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2ième partie
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