CONVERSION DE L'ENERGIE --- Le téléphone portable est interdit --- Calculatrice programmable interdit Barème approximatif. Note 20

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1 UNIVERSITE PAUL SABATIER JEUDI 19 MAI 2015 L2 EEA-SPI UE_D (S4) : CONVERSION DE L'ENERGIE II EXAMEN ECRIT FINAL SESSION 1 Durée : 1h30 Aucun document écrit n'est autorisé CONVERSION DE L'ENERGIE --- Le téléphone portable est interdit --- Calculatrice programmable interdit Barème approximatif Numéro d Anonymat : Note 20 EXERCICE I (10 Points) Une machine à courant continu (MCC) à aimants permanents entraîne une charge mécanique, en régime permanent. v Hypothèses : La machine à courant continu est linéaire. Ø Notations : U est la tension d'induit, tandis que I est le courant d'induit. ü Essais de la MCC à puissances réduites : ü A rotor bloqué et l'induit alimenté sous tension continue U dc = 15.8 V, le courant de son induit est I dc = 12.4 A. ü Fonctionnant en génératrice à vide, U = U 0 = 251 V à sa vitesse nominale N n = 150 tr/min. ü Fonctionnant seule en moteur à vide à vitesse nominale N n, elle absorbe un courant I 0 = 2.50 A. Qu-I-1a Expliquez brièvement (une phrase) ce que vous comprenez par MCC en régime permanent. Qu-I-1b Décrivez brièvement le rôle et la nature (ou composition) des balais de la MCC. Qu-1-1c Précisez comment est constitué le collecteur en expliquant son rôle en mode (i) générateur et (ii) moteur.

2 Qu-I-2 Déterminez la valeur numérique associée à chaque dipôle élémentaire du modèle électrique de l induit de la MCC. 1.5 pts Le moteur à courant continu entraîne sa charge mécanique dont la puissance est proportionnelle au carré de sa vitesse. Qu-I-3 Précisez (en justifiant) le type de frottement (modèle mécanique) que peut simuler cette charge mécanique. Qu-I-4 Fonctionnant à sa vitesse nominale, le moteur fournit une puissance P 1 = 8.37 kw à la charge. Calculez la tension d alimentation U 1 nécessaire pour ce premier point de fonctionnement, ainsi que le rendement η 1 du moteur. Page : 2 sur 5

3 3 pts Qu-I-5 Pour un deuxième point de fonctionnement, la vitesse du moteur chute de 25%. Calculez le nouveau courant I 2, sachant que le courant du moteur fonctionnant à vide ne dépend pas de la vitesse. 2 pts Qu-I-6 Déterminez le nouveau rendement η 2 du moteur, pour ce point de fonctionnement. 1.5 pts Page : 3 sur 5

4 EXERCICE II (10 Points) Un alternateur (synchrone) monophasé à rotor bobiné, entraînée par la MCC, alimente une charge électrique résistive R. v Hypothèses : La machine synchrone est linéaire, sans champ rémanent d'induction et ses pertes fer sont négligées. Ø Notations : V est la tension d'induit, I MS est son courant d'induit, tandis que J e représente son courant d'excitation. ü Essais de la Machine Synchrone (MS) à puissances réduites ü Fonctionnant en génératrice à vide, V =V 0 =380 V pour J e =0,800 A, à sa vitesse nominale N n = 150 tr/min. ü Son courant de court-circuit I MS_CC ne dépend pas de la vitesse N, à courant d'excitation J e constante. ü Fonctionnant en génératrice en court-circuit, I MS = I MS_CC = 21 A pour J e = 0,400 A, à la vitesse N = 150 tr/min. ü Fréquence des tensions et courants électriques de la machine à la vitesse nominale : f = 50 Hz. Qu-II-1 Pourquoi appelle-t-on cette machine synchrone. Qu-II-2 Donnez la constitution, le mode d alimentation, le moyen de connexion et le rôle de l inducteur de l alternateur. Qu-II-3 Déterminez le nombre de pôles de la machine synchrone, ainsi que la valeur associée à chaque dipôle élémentaire du modèle électrique de son induit. 3 pts Page : 4 sur 5

5 En régime permanent, l'alternateur alimente sa charge R sous V = 190 V et tourne à sa vitesse nominale. Qu-II-4a Donnez (sans démonstration) l'expression de R en fonction des paramètres de votre modèle, pour que la puissance active P transmise à la charge soit maximale. Calculez alors les valeurs de I MS, P et Je. 2.5 pts Qu-II-4b La vitesse et le courant de la roue polaire sont maintenus constants. Calculez les nouvelles valeurs de P pour R valant respectivement 33.8 Ω et 2.43 Ω. Que pouvez-vous conclure? Page : 5 sur 5

6 Qu-II-5a Le moteur à courant continu précédent (Exercice-I) entraine l alternateur. Déterminer I 3 traversant l induit de la MCC pour le point de fonctionnement II-4a de l alternateur (P=P Max =4 kw), sachant que P excitation (MS) = 200 W. Pour cela, les pertes mécaniques et les pertes fer dans l alternateur seront négligées. Qu-II-5b Déterminer alors le rendement global η G du banc MCC/Alternateur. Espace supplémentaire, en cas de besoin. FIN Page : 6 sur 5