Exercices machines synchrones Exercice 1 1. Les indications

Exercices machines synchrones
Exercice 1
1. Les indications suivantes ont été relevées sur le montage schématisé ci-dessous :
Multimètres en position DC : 160 V et 1 A
Multimètres en position AC : 410 V et 3,2 A
a. Indiquer pour chaque multimètre sa position
(AC ou DC) et préciser la valeur qu'il indique.
b. Combien vaut l'intensité efficace du courant
statorique ?
2. Calculer la vitesse de synchronisme d'une machine synchrone comportant 4 paires de pôles et dont la
fréquence des courants statoriques est égale à 50 Hz.
3. Quelle est la fréquence des fém statoriques d'une machine synchrone comportant 2 paires de pôles et
dont l'arbre tourne à 2000 tr/min ?
4. Calculer le nombre de pôles d'un alternateur dont l'arbre tourne à 12000 tr/min et dont les tensions de
sortie ont une fréquence égale à 400 Hz.
5. Les courbes ci-dessous ont été relevées entre deux bornes du stator couplé en étoile d'un alternateur à
vide (Échelle verticale : une division pour 100 V, échelle horizontale : trois divisions pour 5 ms).
a. Pour chaque courbe indiquer la vitesse de rotation de l'arbre de l'alternateur s'il comporte quatre pôles.
b. Quelle courbes ont été relevées à la même vitesse, comment justifier la différence de valeurs
maximales pour des vitesses identiques ?
Exercices machines synchrones 1 TS2ET 2014-2015

c. Pour les courbes relevées à la même vitesse, indiquer celle qui correspond au courant d'excitation le
plus élevé.
Exercice 2
Le tableau ci-dessous correspond à la caractéristique à vide d'un alternateur relevée à 1500 tr/min :
E (V) 142 234 290 317 330 343 350
Ie (A) 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75
1. Tracer cette caractéristique (Échelles : 1 cm pour 0,25 A et 1 cm pour 50 V)
2. Tracer la caractéristique pour une vitesse de rotation égale à 750 tr/min.
3. Déterminer la valeur efficace de la fém dans les conditions suivantes :
a. Intensité d'excitation égale à 0,87 A et vitesse de rotation égale à 1500 tr/min
b. Intensité d'excitation égale à 1,25 A et vitesse de rotation égale à 1000 tr/min
Exercice 3
On considère un alternateur isolé entraîné à vitesse constante.
L'intensité rotorique Ie permettant d'obtenir 400 V entre deux bornes du stator est égale à 1,2 A.
1. Lorsqu'une charge triphasée équilibrée résistive est placée aux bornes du stator alors que Ie = 1,2A, on
observe :
•Une diminution de la valeur efficace des tensions statoriques
•Une augmentation de la valeur efficace des tensions statoriques
•Une valeur efficace des tensions statoriques inchangée
•On ne peut pas savoir ce qui va se passer pour la valeur efficace des tensions statoriques.
2. Lorsqu'une charge triphasée équilibrée résistive est placée aux bornes du stator et que l'on souhaite
maintenir constante la valeur efficace des tensions statoriques, il faut :
•Augmenter le courant d'excitation
•Diminuer le courant d'excitation
•Ne pas toucher au courant d'excitation
•L'action sur le courant d'excitation ne peut être prévue.
3. Après avoir placé la charge résistive triphasée et fait le nécessaire pour que la valeur efficace des
tensions statoriques soit égale à 400 V, une charge inductive triphasée équilibrée est ajoutée aux bornes
du stator. On observe :
•Une diminution de la valeur efficace des tensions statoriques
•Une augmentation de la valeur efficace des tensions statoriques
•Une valeur efficace des tensions statoriques inchangée
•On ne peut pas savoir ce qui va se passer pour la valeur efficace des tensions statoriques.
4. Après avoir placé la charge résistive triphasée et fait le nécessaire pour que la valeur efficace des
tensions statoriques soit égale à 400 V, une charge capacitive triphasée équilibrée est placée aux bornes
du stator. Pour compenser son influence, il faut :
•Augmenter le courant d'excitation
•Diminuer le courant d'excitation
•Ne pas toucher au courant d'excitation
•L'action sur le courant d'excitation ne peut être prévue.
Exercices machines synchrones 2 TS2ET 2014-2015

Exercice 4
On considère un alternateur isolé entraîné à vitesse constante.
1. Sur quelle grandeur faut-il agir pour faire varier la valeur efficace des tensions statoriques à vide ? Pour
la suite, on note Ie0 l'intensité du courant d'excitation qui permet d'avoir la valeur efficace nominale des
tensions statoriques à vide.
2. Une charge triphasée équilibrée résistive est placée aux bornes du stator de la machine
a. Comment évolue la valeur efficace des tensions statoriques si le courant d'excitation est maintenu à
Ie0 ?
b. Comment doit évoluer le courant d'excitation pour obtenir une valeur efficace des tensions statoriques
égale à celle à vide ? Cette valeur est notée Ie1 par la suite.
3. Une charge triphasée équilibrée capacitive est placée en parallèle de la charge résistive précédente.
a. Comment évolue la valeur efficace des tensions statoriques si le courant d'excitation est maintenu à
Ie1 ?
b. Comment doit évoluer le courant d'excitation pour retrouver la valeur efficace initiale des tensions
statoriques ?
4. La charge triphasée équilibrée capacitive est remplacée par une charge triphasée inductive.
a. Comment évolue la valeur efficace des tensions statoriques si le courant d'excitation est maintenu à
Ie1 ?
b. Comment doit évoluer le courant d'excitation pour retrouver la valeur efficace initiale des tensions
statoriques ?
Exercice 5
Le schéma ci-dessous représente une machine synchrone entraînée par un dispositif mécanique extérieur
dont la vitesse est réglable. On souhaite coupler cette machine au réseau dont les caractéristiques sont
indiquées à droite et les valeurs instantanées des tensions simples sont représentées sur le graphe de la page
suivante.
Pour la suite, les nombres complexes associés aux tensions simples côté réseau sont notés VR1, VR2 et VR3 et
les nombres complexes associés aux tensions simples côté alternateur sont notés VM1, VM2 et VM3.
Les graduations verticales et horizontales des graphes sont toutes identiques.
Exercices machines synchrones 3 TS2ET 2014-2015

Valeurs instantanées des tensions simples du réseau :
1. Les tensions simples au stator de la machine synchrone sont représentées ci-dessous pour cinq
situations, indiquer pour chacune d'elles si le couplage est possible et sinon expliquer pourquoi.
a. Situation n°1
b. Situation n°2 :
c. Situation n°3 :
Exercices machines synchrones 4 TS2ET 2014-2015

d. Situation n°4
e. Situation n°5 :
2. La vitesse de rotation de l'arbre de la machine est égale à la vitesse de synchronisme et les vecteurs
associés aux tensions simples au stator de la machine synchrone sont représentés ci-dessous pour quatre
situations, indiquer pour chacune si le couplage est possible et sinon expliquer pourquoi.
Situation n°1 Situation n°2
Situation n°3 Situation n°4
Exercices machines synchrones 5 TS2ET 2014-2015