Sur la plaque signalétique d`un moteur asynchrone triphasé, on lit

Chap.B.3.2.4 Moteur Asynchrone
Extraits de sujets de bac
Bacf1995
Sur la plaque signalétique d’un moteur asynchrone triphasé, on lit les indications suivantes
220 V / 380V ; 50 Hz.
Une partie de la caractéristique mécanique Tu = f (n) de ce moteur est représentée sur le document
réponse 1 (Tu est le moment du couple utile et n est la fréquence de rotation en tr/min). Le moment du
couple de pertes Tp est négligé.
Dans toutes les questions de ce problème, le moteur est connecté à un réseau triphasé 220V / 380V ;
50 Hz.
1°)Branchement du moteur..
1.1) Quelle est la valeur efficace de la tension appliquée à un enroulement du stator ?
1.2) En déduire le couplage des enroulements du stator.
2°)Étude du fonctionnement à vide ( au synchronisme).
En vous aidant du document 1, déterminer :
2.1) le moment du couple utile Tu à vide,
2.2) la fréquence de rotation au synchronisme ns,
2.3) le glissement à vide.
2.4) Calculer le nombre de paires de pôles et le nombre de pôles.
3°)Étude en charge.
Le moteur triphasé entraîne une machine qui exerce sur l’arbre un couple résistant de moment
TR = 75 N.m, indépendant de la fréquence de rotation.
3.1) Tracer la caractéristique mécanique TR = f(n) de la charge sur le document 1. Placer le point
de fonctionnement.
3.2) En déduire :
- la fréquence de rotation n,
- le moment Tu du couple utile du moteur
3.3) Calculer :
la puissance utile Pu du moteur,
le glissement g.
4) Puissance électrique du moteur.
Le moteur délivre une puissance mécanique utile Pu = 7,5 kW.
Les grandeurs électriques ont été mesurées par le montage suivant :
Les résultats des mesures sont : V = 222 V ; I = 16 A et P = 2,75 kW.
4.1) Les grandeurs V et I sont-elles des valeurs moyennes, des valeurs efficaces ou des valeurs
instantanées ?
4.2) Préciser le type d’appareil utilisé pour mesurer I et V.
4.3) Calculer la puissance active absorbée par le moteur.
4.4) Calculer le facteur de puissance cos ϕ du moteur.
Bernaud J.
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Citer une méthode permettant de relever ce facteur.
4.5) Calculer le rendement du moteur.
Bacf1962
Une installation triphasée à 4 fils, 220 V/380 V, 50 Hz, comporte 3 lampes marquées 500 W, 220 V
et un moteur asynchrone triphasé, 220 / 380 V, ayant les caractéristiques suivantes :
⇒ stator couplé en étoile, rotor en court-circuit.
Bernaud J.
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⇒ facteur de puissance : cosϕ = 0,70
⇒ puissance absorbée : Pa = 3,85 kW
1. Sur le document réponse, fig. 1, indiquer simplement le branchement des lampes et du moteur
afin d'obtenir un fonctionnement correct des récepteurs et une distribution triphasée équilibrée.
2. Calculer les puissances active, réactive et apparente consommées par l'installation lorsque tous
les récepteurs fonctionnent. En déduire la valeur efficace I du courant en ligne et le facteur de
puissance global.
3. Les lampes étant éteintes, on veut relever le facteur de puissance du moteur à 0,86.
a) sur le document réponse, fig. 2, indiquer le branchement des trois condensateurs
identiques qui, montés en triangle, permettent d'obtenir ce résultat.
« b) calculer la capacité C de chacun des condensateurs »
Les questions 1, 2, 3 sont indépendantes.
La plaque signalétique d'un petit moteur asynchrone triphasé porte les indications suivantes :
220 V / 380 V ; 50 Hz ; nN = 1 440 tr/min
Ce moteur est alimenté par un réseau triphasé : 220 V / 380 V, 50 Hz.
1. Etude préliminaire :
a) comment doit-on coupler le stator sur le réseau ? Justifier votre réponse.
b) la plaque à bornes est représentée sur le document réponse, fig 3. Compléter le schéma en
représentant les liaisons électriques à effectuer.
c) quelle est la fréquence de synchronisme en tr/s ?
d) quel est le nombre de pôles du moteur ?
e) calculer le glissement pour le fonctionnement nominal.
2. Mesure de la puissance absorbée :
On dispose d'un seul wattmètre analogique monophasé pour mesurer la puissance active absorbée
par le moteur.
a) indiquer sur le document réponse, fig 4, le branchement de ce wattmètre.
b) les caractéristiques du wattmètre sont :
calibres 1 A ; 240 V ; nombre de divisions 120.
Lors de la mesure, l'aiguille se positionne sur la division n° 60 de la graduation.
Quelle est la puissance mesurée par le wattmètre ? En déduire la puissance absorbée par le
moteur.
3. Bilan des puissances.
Pour le fonctionnement nominal le moteur absorbe une puissance de 360 W et on estime les
pertes pour ce fonctionnement à :
pertes Joule au stator : pjs = 20 W
Bernaud J.
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pertes fer au stator : pfs = 18 W
pertes Joule au rotor : pjr = 13 W
pertes mécaniques : pmec = 4 W
Calculer :
a) la puissance transmise du stator au rotor Ptr.
b) la puissance utile Pu et le moment du couple utile Tu
c) le rendement du moteur η
Bacf1014
Un chantier comprend une grue actionnée par un moteur asynchrone triphasé.
Bernaud J.
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Les parties A, B, C sont indépendantes.
A] GRANDEURS CARACTÉRISTIQUES D’UN ENROULEMENT
Les enroulements statoriques d’un moteur asynchrone triphasé constituent trois dipôles D récepteurs
identiques : alimentés en régime sinusoïdal, ils présentent chacun une impédance Z et introduisent chacun un
déphasage ϕ.
Afin de déterminer les deux grandeurs Z et ϕ, on réalise un couplage étoile des enroulements de ce moteur.
A l’aide d’un dispositif approprié (sonde différentielle et pince ampèremètrique), on relève la
tension simple v1N(t) et le courant en ligne i1(t).On relève alors :
t en ms
V1N (t) _____________
et i1 (t) ---------------
A partir des courbes observées, déterminer :
A.1] la période T, la fréquence f, la pulsation ω des grandeurs sinusoïdales.
A.2] Les valeurs maximales V1max et I1max.
Bernaud J.
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A.3] Les valeurs efficaces V1 et I1.
A.4] L’impédance Z présentée par un enroulement.
A.5] Le déphasage ϕ présenté par un enroulement.
B ] Couplage triangle des enroulements DU MOTEUR
Les enroulements du moteur asynchrone triphasé sont couplés en triangle sur le
même réseau 230 V / 400 V ; 50 Hz. On donne pour chaque enroulement l’impédance
Z = 46,5 Ω et le déphasage ϕ = 36 °.
Calculer :
B.1 ] La valeur efficace J des courants circulant dans les enroulements.
B.2 ] La valeur efficace I des courants circulant en ligne.
B.3 ] La puissance apparente S
B.4 ] La puissance active absorbée P.
B.5 ] La puissance réactive Q.
C ] Étude du moteur ASYNCHRONE TRIPHASÉ
Sur la plaque signalétique du moteur, on lit :
400 V / 700 V.
4 Pôles.
7100 W à 1420 tr/min.
η = 85 %.
Les grandeurs du réseau sont : 230 V / 400 V ; 50 Hz.
Déterminer avec les données de la plaque signalétique :
C.1 ] le couplage des enroulements du moteur sur le réseau en justifiant la réponse.
C.2 ] la fréquence de synchronisme ns du moteur en tr/min.
C.3 ] le glissement g.
C.4 ] le couple utile Tu.
C.5 ] la puissance absorbée Pa.
C.6 ] l’ensemble des pertes de puissance p du moteur.
Bacf1021
Un constructeur automobile propose une voiture électrique à moteur asynchrone triphasé dont la
source électrique est réalisée à l’aide d’un onduleur, lui-même alimenté par un ensemble de
batteries.
Bernaud J.
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Le moteur asynchrone triphasé, dont les enroulements du stator sont couplés en étoile, est alimenté
par une source triphasée équilibrée sinusoïdale de tension efficace et de fréquence réglables.
1)
a - Dire très brièvement quel est le rôle du stator du moteur.
b - Pourquoi appelle-t-on ce moteur « asynchrone » ?
2) Les conditions nominales de fonctionnement du moteur asynchrone triphasé sont indiquées sur la
plaque signalétique :
·
127 V / 220 V ;
·
intensité efficace nominale du courant de ligne IN = 80 A ;
·
facteur de puissance nominal cos ϕN = 0,79.
a - Le moteur asynchrone triphasé est alimenté par une source de tension triphasée 127 V / 220
V. Justifier le couplage étoile des enroulements statoriques du moteur.
b - Donner l’expression littérale de la puissance absorbée PA par le stator. Ecrire l’application
numérique sans calculer la valeur de PA. Le résultat numérique donne PA = 24 kW.
c - Calculer la puissance utile PU fournie à l’arbre du moteur sachant que le rendement est égal à
90 %.
d - Donner l’expression littérale de la puissance PJS perdue par effet Joule dans le stator en
fonction de la résistance r d’un enroulement statorique. Sachant que r = 0,1Ω, calculer PJS.
3)
a - Compléter la figure n° 2 du document réponse n°1 en y ajoutant :
• un wattmètre entre phase et neutre ;
• un voltmètre permettant de mesurer la valeur efficace de la tension composée.
b - Quelles sont les valeurs indiquées par le wattmètre et le voltmètre ?
4) Dans les conditions nominales, le moteur tourne à la fréquence n = 8500 tr/min et la fréquence
des tensions sinusoïdales triphasées est de 300 Hz.
a - En déduire le nombre de paires de pôles du rotor.
b - Donner l’expression littérale du moment du couple utile TU en fonction de la puissance utile
PU et de la vitesse n en tr.min-1.Sachant que PU = 21,6 kW, écrire l’application numérique
sans calculer la valeur de TU. Le résultat numérique donne TU = 24,3 N.m.
5) Pour régler la vitesse du moteur, le moment du couple utile étant constant et égal à 24,3 N.m, on
fait varier la fréquence f de la source triphasée et la valeur efficace U de la tension composée en
conservant le rapport U/f constant.
a - La valeur de la fréquence de la source triphasée est réglée à f ’ = 150 Hz. En déduire la
nouvelle valeur efficace de la tension composée U’ ainsi que la nouvelle valeur de la
fréquence de synchronisme n’s du moteur (en tr.min-1).
Bernaud J.
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Extraits de sujets de bac
b - Sur la figure n° 3 du document réponse n°2 est représentée la caractéristique mécanique Tu =
f(n) du moteur pour f = 300 Hz. Sachant que, pour f’ = 150 Hz, la fréquence du moteur est de
4000 tr.min-1, tracer sur le graphique la nouvelle caractéristique correspondant à ce
fonctionnement.
c – Que peut-on dire des deux caractéristiques obtenues en conservant constant le rapport U/f?
Bernaud J.
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