E_2_td_mas_extraits_bac

CHap. B.2.5 MAS
Extraits de sujets de Bac
BACF3981
Un moteur asynchrone triphasé tétra polaire (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 ci-après 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 ?
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 et à vitesse proche du
synchronisme :
Puissance active absorbée P0 = 200 W ;
Intensité du courant dans un fil de ligne Io = 1,5 A ;
– 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-1.
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 ;
d) le moment du couple utile Tu ;
e) 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.
Bernaud J.
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Extraits de sujets de Bac
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
Z
W
V
X
Y
Figure
BACF3986
Partie A :
Moteur asynchrone triphasé
La plaque signalétique d'un moteur asynchrone porte les indications suivantes:
5,0 kW
230V/400V 50Hz
18,7 A /10,8 A
1460 tr/min cos = 0,80
I- Étude préliminaire
1)
Bernaud J.
On dispose d'un réseau triphasé 230 V /400 V, quel couplage faudra-t-il réaliser ?
Les bornes des enroulements sont représentées sur le document-réponse figure 1
Indiquer la position des lames de connexion qui réaliseront ce couplage et placer les conducteurs qui
permettront le raccordement du moteur au réseau sur cette figure.
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Extraits de sujets de Bac
2)
Indiquer la valeur efficace de l'intensité du courant nominal qui traverse un enroulement.
3)
Indiquer la fréquence de synchronisme et le nombre de paires de pôles.
4)
Calculer le moment du couple utile nominal TuN et le glissement nominal gN.
5)
Calculer le rendement du moteur pour le fonctionnement nominal.
II- Étude expérimentale
On dispose seulement des appareils de mesures suivants:
Wattmètres monophasés: calibres intensité: 1 A; 5 A
calibres tension: 48 V; 120 V; 240 V; 420 V
Voltmètres: calibres: 20 V; 200 V; 750 V; positions AC et DC.
Ampèremètres: calibres: 1 A; 2 A; 5 A; 15 A; positions AC et DC.
1)
Mesure de la résistance d'un enroulement à la température de fonctionnement nominal
Résultats obtenus: résistance R d'un enroulement du moteur: R = 0,94 .
Pour mesurer la résistance d'un enroulement on dispose de deux alimentations réglables de 0 à 120V 15 A; L'une continue, L'autre alternative.
a) Compléter le document-réponse figure 2 en utilisant le matériel disponible convenable.
b) Indiquer pour chaque appareil, le calibre choisi, la position du commutateur AC-DC et la valeur
lue.
2)
Essai à vide
Résultats obtenus:
tension entre deux phases U = 397 V;
intensité du courant en ligne Io = 3,90 A;
puissances affichées par les wattmètres: P, = 1,04 kW; P2 = - 0,48 kW.
A vide le moteur tourne pratiquement à la fréquence de synchronisme.
On mesure la puissance absorbée par le moteur en utilisant deux wattmètres.
a) Faire le schéma du montage de principe complet sur le document-réponse figure 3.
b) Indiquer les calibres choisis et la position des commutateurs AC-DC.
c) Déterminer la puissance Pa0 absorbée à vide par le moteur et le facteur de puissance cos0 à vide.
III- Essai en charge
.,
Le couple utile nominal est TuN = 32,7 N.m. On admet que la partie utile de la caractéristique
mécanique de couple Tu = f(n) est une droite (n est la fréquence de rotation).
1)
Tracer la partie utile de cette caractéristique sur le document-réponse figure 4 page 6.
2)
Déterminer la fréquence de rotation si le moment du couple utile prend la valeur 20 N.m
IV- Variation de vitesse
On souhaite que le moment du couple utile conserve la valeur 20 N.m, mais avec une fréquence de
rotation n = 1000 tr/min. Pour cela le moteur est alimenté par un onduleur qui réalise la condition
U/f = constante. On sait que dans ces conditions, la partie utile de la caractéristique mécanique
reste parallèle à elle même pour différentes valeurs de f.
Déterminer la nouvelle fréquence de rotation de synchronisme du moteur et en déduire la
fréquence f et la valeur efficace U de la tension composée que doit délivrer l'onduleur.
Bernaud J.
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Partie B :
Extraits de sujets de Bac
Étude du capteur de vitesse
Aucune connaissance en optoélectronique n'est nécessaire pour traiter cette partie.
Pour mesurer la fréquence de rotation du moteur on utilise un capteur de vitesse relié au système
d'acquisition de données d'un ordinateur: voir figure 5.
Le capteur de vitesse est composé principalement d'une diode électroluminescente (DEL) et d'un
phototransistor.
On rappelle que le phototransistor conduit si sa base reçoit un rayonnement infrarouge, l'intensité i
est alors positive.
Le rayonnement infrarouge fourni par la diode est focalisé sur l'axe de rotation du moteur sur
lequel on a peint quatre secteurs alternativement blancs et noirs. Les rayons réfléchis par les
secteurs blancs de l'axe arrivent sur le phototransistor placé dans le montage: voir figure 6.
1) On a relevé la tension UCE représentée sur le document-réponse, figure 7. Calculer la valeur maximale
de l'intensité du courant qui traverse la résistance r du montage de la figure 5. On donne r = 1,2
k.
2) L'amplificateur opérationnel est alimenté en 0 V - 12 V (mono tension).
On considérera qu'il est parfait et que sa tension de sortie peut varier de 0 à 12 V.
a) Quel est le régime de fonctionnement de cet amplificateur opérationnel ? Pourquoi ?
Quel est le nom de ce montage ?
b) Sachant que Rl = 4,7 k., calculer la valeur de la résistance R2 qui permet d'obtenir
U2 = 6,5 V. On conserve cette valeur pour la suite.
c) Quelle est la valeur de l'intensité i2 du courant qui traverse la résistance R2 ?
d) Déterminer la valeur de la tension de sortie Us lorsque UCE > U2 puis lorsque UCE < U2
3) Tracer la courbe Us = f(t) sur le document-réponse figure 8.
4) Déterminer la fréquence du signal Us (t) et en déduire la fréquence de rotation du moteur.
On rappelle que l'arbre du moteur comporte 2 secteurs blancs.
Bernaud J.
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+ 12V
r
i
U CE
E
sy s tèm e
d a' cq u is i t io n
C
R1

+
i2
R2
U
o rd in a teu r
Us
2
figure 5
P ho to tran s is to r
D EL
a rb re
m o teu r
sec teu r no ir
sec teu r b lan c
figure 6
Bernaud J.
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2
3
N
Figure 1
Matériel disponible
Schéma du montage à réaliser
AC
DC
Alimentation
alternative
AC
A
réglable
DC
AC
DC
V
W
A
AC
DC
V
AC
DC W
V
N
A
3
R E SEAU
E
1
Alimentation
stabilisée
continue
réglable
2
R E SEAU
2
3
L am e s d e conn ex ion d ispon ib le s
N
R E SEAU
1
1
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AC
DC
l'Ampèremètre indique : .........A
le voltmètre indique : ..........V
Figure 2
M a té r ie ld ispon ib le
2 1
3
A
M
3
AC
DC
V
C o rdon s d e sécu r ité
N
R E SEAU
W
M esu re d e
n
Figure 3
Bernaud J.
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W
W
AC
DC
CHap. B.2.5 MAS
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document-réponse à rendre avec la copie
Tu(N.m)
30
20
10
n(tr/mn)
Figure 4
0
1000
Bernaud J.
1500
7/8
document-réponse à rendre avec la copie
12
UCE(v)
8
4
t(ms)
0
0
10
20
30
40
50
60
Figure 7
14
US(v)
12
10
8
6
4
2
t(ms)
0
0
10
20
30
Figure 8
Bernaud J
8/8
40
50
60