PARTIE B : MOTEUR ASYNCHRONE

STI Génie Electrotechnique – Sciences Physiques et Physique Appliquée –
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BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE
Session 2003
PHYSIQUE APPLIQUÉE
Série : Sciences et Technologies Industrielles
Spécialité : Génie Electrotechnique
Durée de l’épreuve : 4 heures – coefficient : 7
Il est rappelé aux candidats que la qualité de la rédaction et la clarté des raisonnements entreront
pour une part importante dans l’appréciation des copies.
Le sujet comporte 7 pages (notées 1/7 à 1/7). Les différentes parties sont indépendantes.
Les documents réponses sont à rendre avec la copie.
L’usage de la calculatrice est autorisé.

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Un technicien doit rédiger une notice technique d’utilisation de différents moteurs électriques.
Le sujet porte sur une partie de ce travail : utilisation des données des plaques signalétiques,
précautions d’emplois, variateur de vitesse.
Les moteurs étudiés - Moteur à courant continu à excitation indépendante
- Moteur asynchrone à cage
PARTIE A : MOTEUR A COURANT CONTINU
A-I- ETUDE DU MOTEUR
Le moteur à courant continu est à excitation indépendante.
Charge mécanique
Tr :couple résistant
La plaque signalétique indique les valeurs suivantes pour le point nominal de fonctionnement :
- tension nominale d’excitation ue = 160 V
- courant nominal d’excitation ie = 0,40 A ;
- tension nominale d’induit Un = 220 V ;
- intensité du courant dans l’induit In = 6,0 A ;
- fréquence de rotation Nn = 1200 tr.min-1 ;
- puissance utile nominale Pun = 1,1 kW ;
- résistance de l’induit R = 3,0 .
1) Donner le schéma équivalent de l’induit. Préciser la convention utilisée. En déduire la
relation entre E, U et R.
2) Pour le fonctionnement nominal :
2.1. déterminer le moment du couple utile nominal Tun ;
2.2. calculer la f.e.m induite En ;
Ue
Alimentation
0-220 V
Ω
Alimentation
0-160 V
ie
I
U

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2.3. calculer les pertes par effet Joule totale Pjn du moteur et déduire les pertes
collectives Pc ;
2.4. calculer le rendement du moteur ;
2.5. calculer le moment du couple électromagnétique Temn et le moment du couple des
pertes Tp.
3) Réglage de la vitesse.
L’intensité du courant d’excitation est constante, égale à sa valeur donnée par la plaque
signalétique.
On suppose que le moment du couple des pertes est constant et égal à Tp = 0,9 Nm.
3.1. Montrer que le moment du couple électromagnétique est proportionnel à l’intensité I
du courant dans l’induit : Tem = k.I .
3.2. Montrer que la force électromotrice E s’exprime par la relation : E = 10.n
( E en volts et n en tr.s-1 ).
3.3. Compléter le tableau de réglage du moteur , figure 1 du document réponse n°1
(page n°6) en précisant les sens des éventuelles variations de la vitesse et de l’intensité
du courant d’induit .Justifier.
3.4. Le moteur entraîne une charge de couple résistant Tr = 5 N.m à la fréquence de rotation
600 tr.min-1. Calculer la tension d’induit U’ correspondante.
4) Utilisation et entretien du moteur :
4.1. Au niveau des alimentations des bobinages de la machine, que doit-on faire lors
du démarrage ou de l’arrêt du moteur ?
4.2. Quelle partie fragile du moteur doit-on surveillée et entretenir régulièrement ?

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A-II -COMMANDE DE LA VITESSE DU MOTEUR PAR PONT A
QUATRE THYRISTORS
On utilise un pont à 4 thyristors, alimenté par le secondaire d’un transformateur.
Il alimente une charge formée par l’association en série du moteur à courant continu et d’une
inductance de lissage (modélisation par une charge de type R-L-E).
L’angle de retard à l’amorçage des thyristors est noté 0 . Les thyristors sont considérés
comme parfaits.
Th1 et Th3 sont commandés à 0 + k.2 ; Th2 et Th4 sont commandés à 0 + k.(2 +1).
1) On suppose que la bobine est parfaite.
Ecrire la relation entre les valeurs instantanées de uc et ic en fonction de E, R et L.
En déduire la relation entre les valeurs moyennes.
2) Le courant dans la charge est supposé constant, ic = Ic. Compléter la figure 2 du document
réponse n°1 (page n°6).
2.1. Tracer les allures de uc, iTh1, et is..
2.2. Indiquer les éléments conducteurs (Th1, Th2, Th3, Th4).
3) On rappelle l’expression de la valeur moyenne <uc> de la tension uc en fonction de la
valeur maximale Umax de u et de 0 :
2.Umax
Calculer sa valeur pour 0  et Umax = 325 V.
4) Comment varie la fréquence n de rotation du moteur quand 0 diminue ?
Préciser les variations de <uc> et E.
u
iS
Th3
Th1
Th2
Th4
L
E
R
uc
ic
iTh1
<uc> =
cos 0
3
=

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PARTIE B : MOTEUR ASYNCHRONE
Un moteur asynchrone triphasé tétra polaire ( 4 pôles) à cage porte les indications suivantes :
Y : 400 V ; 3,2 A Δ : 230V ; 5,5 A ;
50 Hz ; cosφ = 0,84
1430 tr min-1 ; 1,5 kW
Le moteur est alimenté par une alimentation triphasée 230 / 400 V ; 50 Hz.
1) Comment doit-on coupler le stator ? Justifier votre réponse.
2) Compléter la plaque à bornes représentée sur la figure 3 du document réponse 2 (page n°7),
en indiquant les intensités des courants, les liaisons électriques et le branchement des
appareils pour mesurer la puissance active.
3) Calculer la fréquence de synchronisme ns.
4) Calculer le glissement au fonctionnement nominal.
5) Bilan de puissances.
5.1 Compléter l’arbre de puissances figure 4 du document réponse 2 (page n°7) , en
indiquant uniquement les noms des puissances (Pm indique les pertes mécaniques).
Pour le fonctionnement nominal, calculer :
5.2 la puissance active absorbée et le rendement du moteur.
5.3 les pertes par effet Joule au stator, sachant que la résistance équivalente entre bornes du
stator est R = 8 Ω ;
5.4 la puissance transmise au rotor sachant que les pertes dans le fer du stator sont
Pfs= 60 W ;
5.5 les pertes par effet Joule dans le rotor.
6) Réglage de la vitesse.
Le réglage de la vitesse du moteur se fait à l’aide d’un onduleur triphasé qui maintient constant
le rapport U/f = 8 V/Hz, (U : tension entre phases et f :fréquence des tensions).
La charge entraînée impose un couple résistant constant de moment égal à celui du couple utile
nominal du moteur : Tr = TUN = 10 N.m.
6.1 Tracer sur la figure 5 du document réponse 2 (page n° 7), la partie utile de la
caractéristique mécanique du moteur TU(n) quand f = 50 Hz, et la caractéristique Tr(n) de la
charge. (On suppose que le moteur à vide tourne à la fréquence de synchronisme).
6.2 On veut maintenant régler la fréquence de rotation du moteur à n = 1340 tr min-1.
Tracer la nouvelle caractéristique mécanique TU(n) du moteur.
En déduire les valeurs de nS, f et U.