Savoir-faire expérimentaux.

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1 LYCEE LOUIS DE CORMONTAIGNE. 12 Place Cormontaigne BP METZ Cedex 1 Tél.: Fax : Sciences Appliquées. Savoir-faire expérimentaux. Référentiel : S5 Sciences Appliquées E 1 Machine synchrone E 1 1 Constitution E 1 2 Alternateur couplé sur le réseau TP Sciences Physique N 16 : MACHINE SYNCHRONE COUPLEE SUR LE RESEAU EDF Support Matériel : Coffret de couplage sur le réseau thème BTS 199. Machine synchrone à excitation indépendante couplée à une machine à courant continu Matériel spécifique : Analyseur Chauvin Arnoux F 27 Objectifs : Etudier les modes de couplage d un alternateur sur le réseau EDF et les transferts d énergie entre la machine et le réseau. Machine synchrone couplée sur le réseau Page 1 / 7.

2 MACHINE SYNCHRONE COUPLEE SUR LE RESEAU EDF Description du matériel et de l environnement Le banc d étude comprend un alternateur entraîné par un moteur à courant continu et un coffret de couplage sur le réseau. Machine synchrone 1500 tr/mn, excitation séparée 160 V 1 A utilisation en générateur :1300 VA 380 V / 2 A 220 V / 3.4 A utilisation en moteur : 1 kw V / 2 A 220 V / 3.4 A Machine à courant continu : 1500 W 1500 tr/mn induit 220 V 6.8 A inducteur 220 V 0.9 A Le coffret permet le câblage complet du système avec les protections nécessaires au bon fonctionnement du système. Le système permet le couplage manuel en utilisant la méthode des feux battants ou le couplage automatique à l aide d un synchroscope. Schéma de principe du système Alim 300V 23 A machine à courant continu Im alternateur I commutateur de Wattmètre Um U coupleur Iem Ie 300 Ω 420 Ω 2 A 500 Ω Réseau EDF N Alim 240V 2A X= Lw I E V STS2_18 Machine synchrone couplée sur le réseau EDF.doc Page 2 / 7.

3 Préparation Savoir-faire expérimentaux. 1 Caractéristiques de la machine synchrone Quel doit être le couplage de l alternateur pour le coupler sur le réseau 400 V 50 Hz? Quel est le nombre de paire de pôles de cette machine? On utilise comme modèle le schéma de Behn Eschenbourg dans lequel on néglige la résistance statorique des phases. Le constructeur donne : la caractéristique de fem E entre phase et neutre en fonction du courant inducteur Ie pour une vitesse de 1500 tr/mn la caractéristique de fonctionnement en court-circuit Icc ( Ie ) à 1500 tr/mn E(V) Ie(A) Icc(A) Montrer que, lors de l essai en court-circuit, on a la relation suivante : E = X* Icc A partir des caractéristiques E (Ie ) et Icc (Ie ) déterminer en utilisant Excel l impédance X de Behn Eschenbourg en fonction du courant d excitation. Tracer X (Ie ). 2 Condition de couplage d un alternateur sur le réseau Rappeler les 3 conditions de couplage d un alternateur sur le réseau EDF. Pour vérifier ces conditions on utilise la méthode des feux battants. Expliquer le principe de cette méthode. 3 Transfert d énergie entre la machine d entraînement, la machine synchrone et le réseau La machine synchrone est couplée sur le réseau EDF, de ce fait, quelque soit son courant d excitation Ie et son courant d induit I, la tension U entre phase est constante. Sa fréquence de rotation est fixée par le réseau, elle est donc également constante. La puissance active fournie au réseau ne dépend que de la machine d entraînement. Cette machine fonctionne à vitesse de rotation constante imposée par le réseau. La puissance réactive fournie au réseau est fonction de l intensité du courant d excitation Ie de l alternateur. STS2_18 Machine synchrone couplée sur le réseau EDF.doc Page 3 / 7.

4 3 1 Fonctionnement du moteur d entraînement : On admet que : le flux dans la machine est de la forme Φ= k Iem ( Iem courant d excitation ), sa résistance d induit est R et sa fem E= KΦN avec N en tr/mn Lorsque le groupe est couplé sur le réseau sa vitesse est constante. Donner la relation liant: la vitesse N, la tension d induit Um, le courant d induit Im, le courant d excitation Iem et les constantes de la machine K et k. En déduire l expression du courant d induit Im en fonction des autres grandeurs. Donner l expression de la puissance d induit absorbée par la machine. Montrer que, pour un fonctionnement à vitesse constante, le courant Im ne dépend que de Um et de Iem. On maintient l excitation Iem constante, que se passe-t-il si on augmente ou si on diminue la tension Um? Que dire de la puissance utile de la machine. On maintient la tension Um constante, que se passe-t-il si on augmente ou si on diminue le courant d excitation Iem? Que dire de la puissance utile de la machine. 3 2 Bilan énergétique du groupe On note ρ m le rendement de la machine à courant continu. Exprimer la puissance fournie à la machine synchrone en fonction de la puissance d induit de la machine à courant continu. On note ρa le rendement de l alternateur. Donner l expression de la puissance active fourni sur le réseau en fonction de la puissance d induit de la machine à courant continu. Quel doit être le courant d induit Im de la machine à courant continu pour fournir 600 W sur le réseau EDF si : sa tension d induit et Um = 240V, ρ m = 0.83 et ρa = 0.87? 3 3 Fonctionnement de l alternateur On ne traitera cette question que lorsque l avancement du cours le permettra. On utilise comme modèle de l alternateur entre phase et neutre, le schéma de Behn Eschenbourg avec X = 60 Ω quelque soit le courant d excitation. La tension V est constante V= 230V. Donner l équation de E en fonction V, I et X. Tracer, en prenant comme origine des phases V, le diagramme de Fresnel des tensions et courants correspondant à un déphasage AR de 60. On note M le point extrémité de E et φ le déphasage entre I et V. On montre, que si la puissance fournie au réseau P= 3VIcosφ est constante, le point M se déplace sur une droite parallèle à V lorsqu on fait varier le courant d excitation Ie. Les courbes de Mordey I (Ie) et Q (Ie) pour une puissance constante P représentent ce mode de fonctionnement. Pour une puissance P = 600 W tracer l évolution de I en fonction de Ie et l évolution de Q en fonction de Ie. STS2_18 Machine synchrone couplée sur le réseau EDF.doc Page 4 / 7.

5 Manipulation 1- Montage réseau COFFRET mesure des tensions alternateur DEPARTS R T S ALIMENTATIONS R S T N TABLE MORS U Triphasé fixe V 400 V 3ph N 10A W N A Iem Continu variable V 23 A = 420 2A Ω Um Im V A A Ie 300 Ω 500 Ω pince F27 en position triphasé mesures de U, I, P et Q Continu fixe 240V 2A = afficheur vitesse T S R Machine à CC Machine synchrone Génératrice tachymétrique Tous les ampèremètres seront des appareils à aiguilles. Mesures à faire sur la machine synchrone : courant inducteur Ie, on limitera ce courant à 1.6 A maximum tension et courant d induit U, I, puissances P et Q échangées avec le réseau EDF, ces puissances seront mesurées en utilisant une pince F27 en configuration triphasée. Mesures à faire sur la machine à courant continu : tension d induit Um, qu on limitera à 260V maximum courant d excitation Iem, qu on limitera au minimum à 0.5A et au maximum à 1.1A STS2_18 Machine synchrone couplée sur le réseau EDF.doc Page 5 / 7.

6 2 - Démarrage du groupe Le synchroscope ne permet pas de vérifier la concordance de la séquence des phases du réseau et des phases de la machine synchrone. Il est donc impératif de faire cette identification avant tout couplage manuel ou automatique. Toute cette phase se fera obligatoirement en présence d un professeur Séquence de mise sous tension, de démarrage et de contrôle de l ordre des phases: Table mors hors tension Coffret de couplage en mode manuel Mise sous tension de la table mors triphasé fixe continu fixe 240V continu variable, réglé à 0V mise en marche du coffret de couplage excitation machine à courant continu et alternateur réglage des excitations à leur valeur nominale démarrage du groupe par l alimentation continu variable réglage de la vitesse à 1500 tr/mn en respectant les consignes ci-dessus vérification de l ordre des phases par les lampes de couplage. Si l ordre des phases est correct on poursuit la phase de démarrage, dans le cas contraire on arrête le groupe et on fait, hors tension, les modifications nécessaires. Séquence de couplage manuel sur le réseau : Régler la tension U de l alternateur à celle du réseau Coupler l alternateur à l extinction des lampes Séquence de mise en puissance sur le réseau : On rappelle que la charge de l alternateur c est le réseau et que ceci impose l utilisation de la pince F27 A partir des résultats de la préparation faire débiter 600W sur le réseau Séquence de découplage du réseau et d arrêt du groupe : Expliquer au professeur présent comment doit s effectuer cette phase Réaliser le découplage et la mise hors tension de l ensemble de système 3 Courbes de Mordey Réaliser le couplage de l alternateur et la mise en puissance à 600W. Régler le courant d excitation de l alternateur à 1.6 A, ajuster la puissance à 600W à + ou 10%. En gardant cette fourchette de puissance constante diminuer progressivement Ie et relever I, Q et Ie. Refaire la même étude pour une puissance de 900 W. Tracer les courbes I=f(Ie) et Q=g(Ie) indiquer sur les courbes le sens du transfert de la puissance réactive. 4 Validation du modèle utilisé en préparation STS2_18 Machine synchrone couplée sur le réseau EDF.doc Page 6 / 7.

7 Pour un transfert de 600 W comparer les courbes pratiques à celles de la préparation. Le modèle utilisé est-il valable? Peut-on appliquer les hypothèses de Behn Eschenbourg à cette machine? Cette machine est-elle utilisable en compensateur synchrone? STS2_18 Machine synchrone couplée sur le réseau EDF.doc Page 7 / 7.