CH5 : Les machines alternatives

Documents pareils
Electrotechnique. Fabrice Sincère ; version

Convertisseurs Statiques & Machines

ELEC2753 Electrotechnique examen du 11/06/2012

INSTALLATIONS INDUSTRIELLES

Energie et conversions d énergie

Les résistances de point neutre

Monte charge de cuisine PRESENTATION DU MONTE CHARGE

7200S FRA. Contacteur Statique. Manuel Utilisateur. Contrôle 2 phases

Charges électriques - Courant électrique

1 Systèmes triphasés symétriques

Série 77 - Relais statiques modulaires 5A. Caractéristiques. Relais temporisés et relais de contrôle

Notions fondamentales sur le démarrage des moteurs

CH IV) Courant alternatif Oscilloscope.

Simulation Matlab/Simulink d une machine à induction triphasée. Constitution d un référentiel

Electrotechnique: Electricité Avion,

CHAPITRE XIII : Les circuits à courant alternatif : déphasage, représentation de Fresnel, phaseurs et réactance.

TP 03 B : Mesure d une vitesse par effet Doppler

Module d Electricité. 2 ème partie : Electrostatique. Fabrice Sincère (version 3.0.1)

PUISSANCE ET ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

véhicule hybride (première

LES APPAREILS A DEVIATION EN COURANT CONTINU ( LES APPREILS MAGNETOELECTRIQUES)

CHAPITRE IV Oscillations libres des systèmes à plusieurs degrés de liberté

Synthèse des convertisseurs statiques DC/AC pour les systèmes photovoltaïques

Chapitre 7. Circuits Magnétiques et Inductance. 7.1 Introduction Production d un champ magnétique

Cahier technique n 207

Les Mesures Électriques

COMMANDER la puissance par MODULATION COMMUNIQUER

M HAMED EL GADDAB & MONGI SLIM

Eléments constitutifs et synthèse des convertisseurs statiques. Convertisseur statique CVS. K à séquences convenables. Source d'entrée S1

électricité Pourquoi le courant, dans nos maison, est-il alternatif?

CH 11: PUIssance et Énergie électrique

n 159 onduleurs et harmoniques (cas des charges non linéaires) photographie Jean Noël Fiorina

Origine du courant électrique Constitution d un atome

Moteurs pas à pas Michel ABIGNOLI Clément GOELDEL Principe des moteurs pas à pas Structures et modèles de description Alimentation Commande

Références pour la commande

Interaction milieux dilués rayonnement Travaux dirigés n 2. Résonance magnétique : approche classique

Physique, chapitre 8 : La tension alternative

Exercice n 1: La lampe ci-dessous comporte 2 indications: Exercice n 2: ( compléter les réponses sans espaces)

Varset Direct. Batteries fixes de condensateurs basse tension Coffrets et armoires. Notice d utilisation. Armoire A2

Champ électromagnétique?

CONCOURS GÉNÉRAL DES LYCÉES Session Durée 5 heures. Corrigé. Poséidon au secours d Éole pour produire l énergie électrique

Variation de vitesse des machines à courant alternatif. par

Amplificateur à deux étages : gains, résistances "vues", droites de charges, distorsion harmonique

Notice technique. Système de surveillance MAS 711

MATIE RE DU COURS DE PHYSIQUE

TP 7 : oscillateur de torsion

Démarreur-testeur par ordinateur via le port USB d un PC pour moteurs asynchrones triphasés

Gestion et entretien des Installations Electriques BT

Chapitre 1 Régime transitoire dans les systèmes physiques

CIRCUIT DE CHARGE BOSCH

RELAIS STATIQUE. Tension commutée

". TY convertisseur statique, et des condensateurs de filtrage.

Introduction à l électronique de puissance Synthèse des convertisseurs statiques. Lycée Richelieu TSI 1 Année scolaire Sébastien GERGADIER

Le véhicule électrique

10 leçon 2. Leçon n 2 : Contact entre deux solides. Frottement de glissement. Exemples. (PC ou 1 er CU)

PRODUCTION DE L ENERGIE ELECTRIQUE

THESE DOCTEUR. Génie Electrique. Maxime MOREAU

1- Maintenance préventive systématique :

MESURE ET PRECISION. Il est clair que si le voltmètre mesure bien la tension U aux bornes de R, l ampèremètre, lui, mesure. R mes. mes. .

Chapitre 7: Énergie et puissance électrique. Lequel de vous deux est le plus puissant? L'énergie dépensée par les deux est-elle différente?

TD 11. Les trois montages fondamentaux E.C, B.C, C.C ; comparaisons et propriétés. Association d étages. *** :exercice traité en classe.

TS 35 Numériser. Activité introductive - Exercice et démarche expérimentale en fin d activité Notions et contenus du programme de Terminale S

BACCALAURÉAT PROFESSIONNEL EPREUVE DE TRAVAUX PRATIQUES DE SCIENCES PHYSIQUES SUJET A.1

Électricité au service des machines. heig-vd. Chapitre 3. Alimentations électriques, courant alternatif 3-1

Transmission de données. A) Principaux éléments intervenant dans la transmission

Multitension Monofonction. Multitension Multifonction

Le transistor bipolaire

Cours d électricité. Circuits électriques en courant constant. Mathieu Bardoux. 1 re année

Planche n o 22. Fonctions de plusieurs variables. Corrigé

Savoir lire une carte, se situer et s orienter en randonnée

Actualisation des connaissances sur les moteurs électriques

Infos. Indicateurs analogiques encastrables pour installation à courants forts. Série M W/P/ LSP BWQ BGQ TP TG WQ /0S WQ /2S FQ /2 W BI BIW DFQ

1 000 W ; W ; W ; W. La chambre que je dois équiper a pour dimensions : longueur : 6 m largeur : 4 m hauteur : 2,50 m.

Guide produits. Solution professionnelle pour l ingénierie et l exploitation des réseaux électriques

Multichronomètre SA10 Présentation générale

ANALYSE SPECTRALE. monochromateur

Résonance Magnétique Nucléaire : RMN

AMELIORATION DE LA FIABILITE D UN MOTEUR GRÂCE AU TEST STATIQUE ET DYNAMIQUE

MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES

LES CARACTERISTIQUES DES SUPPORTS DE TRANSMISSION

ÉTUDE D UN SYSTÈME ET/OU D UN PROCESSUS INDUSTRIEL OU TECHNIQUE : ÉLÉMENTS DE CORRIGÉ. Partie A : alimentation HTA

Introduction : Les modes de fonctionnement du transistor bipolaire. Dans tous les cas, le transistor bipolaire est commandé par le courant I B.

PRODUIRE DES SIGNAUX 1 : LES ONDES ELECTROMAGNETIQUES, SUPPORT DE CHOIX POUR TRANSMETTRE DES INFORMATIONS

Electricien automaticien Electricienne automaticienne

CHAPITRE V. Théorie de l échantillonnage et de la quantification

Le Réseau Moyenne Tension avec Neutre Effectivement Mis à la Terre (MALT)

Systèmes de transmission

Programme. Electricien installateurmonteur. installatrice-monteuse. Humanités professionnelles et techniques

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable

NO-BREAK KS. Système UPS dynamique PRÉSENTATION

Cahier technique n 18

Version MOVITRANS 04/2004. Description / FR

ACTIVE. Manuel d application Variateur de fréquence 230V / 400V 0.55 kw kw

CIRCUITS DE PUISSANCE PNEUMATIQUES

Electron ELECTRICITE. Pour les détails: Design, Production & Trading. Catalogue Synthétique Rev 01/2007 Page 17

UE 503 L3 MIAGE. Initiation Réseau et Programmation Web La couche physique. A. Belaïd

Exercice 1. Exercice n 1 : Déséquilibre mécanique

Cahier technique n 158

Transcription:

BTS CRSA 2 ème année - Sciences physiques et chimiques appliquées CH5 : Les machines alternatives Objectifs : A l issue de la leçon, l étudiant doit : 5.1 Savoir décrire la conversion de puissance réalisée par une machine alternative 5.2 Connaître la signification des termes machine synchrone et machine asynchrone. 5.3 Savoir déterminer le couplage de l induit à partir de la plaque signalétique 5.4 Savoir calculer la vitesse de synchronisme, connaissant la fréquence d alimentation et le nombre de paires de pôles. 5.5 Savoir déduire la vitesse de synchronisme d un MAS connaissant sa vitesse de rotation nominale. 5.6 Savoir calculer le glissement d un moteur asynchrone 5.7 Connaître les relations entre les grandeurs d entrée et de sortie des machines alternatives 5.8 Savoir effectuer un bilan de puissance dans une machine alternative et calculer son rendement 5.9 Savoir déterminer un point de fonctionnement d un moteur alternatif à partir des caractéristiques mécaniques. 5.10 Savoir quel variateur de vitesse utiliser pour une machine alternative Etablir la fiche résumée de ce chapitre en vous aidant de l annexe de ce chapitre et de l annexe du TP8.

BTS CRSA 2 ème année - Sciences physiques et chimiques appliquées Annexe du CH5 : compléments sur les machines alternatives 1. Quelle est la conversion de puissance réalisée par une machine alternative? Il existe 2 types de machine alternative : la machine synchrone et la machine asynchrone. Une machine alternative est un convertisseur rotatif d énergie réversible : Energie électrique Moteur alternatif (MS ou MAS) Energie mécanique Energie mécanique Alternateur (MS ou MAS) Energie électrique Pertes Pertes La différence avec la MCC est que l énergie est sous forme alternative pour les MS et MAS. 2. Qu est-ce que le nombre p d une machine? C est le nombre de paires de pôles. Les machines les plus simples comprennent une paire de pôle : un pôle nord et un pôle sud (machine bipolaire ; p=1). La plupart des machines ont un nombre p généralement supérieur à 1. 3. Qu est-ce que la vitesse de synchronisme? C est la vitesse à laquelle tourne le champ tournant pour une machine alternative possédant 1 paire de pôles. Cette vitesse est notée n. Cette vitesse diminue avec le nombre de paires de pôles : elle dépend de p et de la fréquence f de la tension d alimentation : [tr/min] n s = 60f p [Hz] 4. Quel est le point commun entre la machine synchrone (MS) et la machine asynchrone (MAS)? Le stator est identique pour les 2 machines. Il est constitué de bobinages qui, alimentés en triphasé créent un champ tournant en fonctionnement moteur. 5. Quelle est la différence entre la MS et la MAS? Le rotor est différent pour les 2 machines. Pour la machine synchrone : Le rotor est constitué d un aimant ou d un bobinage alimenté en continu (électroaimant). En fonctionnement moteur, cet aimant, plongé dans un champ magnétique tournant, tourne à la vitesse de synchronisme (voir paragraphe 1 de l annexe du TP8) ; d où le qualificatif «synchrone» : n = n s

Pour la machine asynchrone : Le rotor est constitué de conducteurs court-circuités. Ces conducteurs sont le siège de courants induits qui entrainent la rotation du rotor sans jamais atteindre la vitesse de synchronisme (voir paragraphe 1 de l annexe du TP8) ; d où le qualificatif «asynchrone» : 6. Qu est-ce que le glissement? C est une grandeur définie pour le moteur asynchrone. A vide, le rotor tourne à une vitesse très proche du synchronisme. Plus on charge le moteur, plus la vitesse du rotor diminue : on dit qu il y a glissement. n n s Le glissement est quantifié par une grandeur notée g (sans unité) dont l expression est : g = n s n n s 7. Quelle est l expression du couple électromagnétique pour les 2 types de machine en fonctionnement moteur? Pour un moteur synchrone : Le modèle électrique équivalent par phase est le suivant : La source e du modèle équivalent de l induit correspond à l apparition d une fem induite dans les conducteurs du fait de la rotation du rotor (comme pour la MCC). On montre que le couple électromagnétisme dépend de la fréquence de v, des valeurs efficaces de v et de e et du déphasage θ entre ces 2 tensions : T em = 3VE π n s 30 sin θ Lω

Pour le moteur asynchrone : Le modèle équivalent par phase est le suivant : I I' X Avec : V R f I 0 X m r g R f : modélisation des pertes fer X m : réactance magnétisant (modélise flux traversant le stator et le rotor) r : modélisation des pertes joules au rotor ramenée au stator r/g : modélisation de la puissance transmise au rotor X : modélisation de l ensemble des flux de fuites On montre que le couple électromagnétisme a pour expression : T em = 3p 2 60 2π r V f 2 n s n Remarque : Si V/f est constant, on obtient une caractéristique mécanique linéaire dans la partie utile (droite décroissante comme pour la machine à courant continu). Ce qui explique que le variateur de vitesse d un MAS soit un onduleur fonctionnant à V/f constant. 8. Ces machines peuvent-elles fonctionner en alternateur? Il y a des applications en alternateur pour les 2 types de machine. Pour la MS : L alternateur synchrone est l application principale de la machine synchrone. Il est présent dans la grande majorité des centrales électriques. Le rotor alimenté en continu est entraîné par un dispositif annexe (turbine, éolienne, ). Le rotor crée ainsi un champ tournant qui fait apparaître des tensions induites aux bornes des bobinages du stator. Pour la MAS : Durant les phases de freinage, une MAS peut fonctionner en générateur. La vitesse de rotation est alors supérieure à la vitesse de synchronisme ; d où le nom de fonctionnement «génératrice hypersynchrone». On trouve également des MAS fonctionnant en alternateur dans l éolien, car ces machines sont moins sensibles à la variation de la vitesse du vent que les alternateurs synchrones.

9. Quelles sont les caractéristiques mécaniques des moteurs synchrone et asynchrone? La forme de la caractéristique mécanique d un MAS est donnée ci-dessous. La partie utile est une droite décroissante (comme pour la machine à courant continu). Pour la MS, la vitesse de rotation est égale à la vitesse de synchronisme quel que soit le couple. Attention cependant, si le couple est trop important, la machine peut «décrocher» ; c est-à-dire que le moteur cale (avec risque de surintensité). A fréquence constante, la caractéristique mécanique d un MS est donc une droite verticale : En changeant la fréquence, on obtient une nouvelle vitesse de synchronisme, et une caractéristique mécanique parallèle. 10. Comment faire varier la vitesse de ces 2 machines? Pour les 2 types de la machines, on peut utiliser le même variateur de vitesse (onduleur à V/F constant). On obtient alors plusieurs caractéristiques sous forme de droites parallèles.

MAS : MS : 11. Quel est le bilan de puissance d un moteur synchrone? Les pertes joules : Au stator : P js = 3RI 2 si couplage étoile ; P js = 3RJ 2 si couplage triangle ; P js = 3R m 2 2 Si le rotor est bobiné, il faut ajouter P jr = U e I e = ri e I2 quel que soit le couplage avec R m résistance mesurée entre 2 phases.

12. Quel est le bilan de puissance d un moteur asynchrone? Puissance transmise au rotor P a = 3UIcosφ P tr P u = T u Ω Pertes fer au Pertes joules stator au stator P fs P js Le moteur est le siège de pertes au stator : Pertes joules au rotor P jr Pertes mécaniques P méca les pertes joules au stator Pjs qui selon le couplage valent comme pour la machine synchrone : P js = 3RI 2 si couplage étoile ; P js = 3RJ 2 si couplage triangle ; P js = 3R m 2 Des pertes fer au stator : La puissance transmise au rotor : On la nomme P tr. I2 quel que soit le couplage avec R m résistance mesurée entre 2 phases. P fs = 3 V2 R f P tr = P a P js P fs Comme pour la machine à courant continu, on définit le couple électromagnétique : P tr = T em Ω s Sur le schéma équivalent, c est r/g qui rend compte de la puissance transmise au rotor : Le moteur est le siège de pertes au rotor : Remarque : P tr = 3 r g I 2 les pertes joules au rotor P jr. On montre que : P jr = gp tr des pertes mécaniques P méca (les pertes fer au rotor sont négligeables) Comme pour la machine à courant continu, on peut définir un couple perte tel que P méca = T p Ω. On a alors : T u = T em T p

13. Comment interpréter la plaque signalétique d un moteur asynchrone? La plaque signalétique comporte toujours deux tensions : Tension composée pour un couplage triangle/tension composée pour un couplage étoile. Il suffit de regarder la tension composée du réseau pour savoir quel couplage il faut utiliser. Exemple : Moteur 230V/400V Pour un réseau 230V/400V, U=400V on utilise le couplage étoile. Pour un réseau 130V/230V, U=230V on utilise un couplage triangle. On peut également déduire le nombre de paires de pôles de la plaque signalétique. En effet, comme n s = 60 f p donnée. Pour f=50hz, cela donne : la vitesse ne peut prendre que quelques valeurs pour une fréquence p n s (tr/min) 1 3000 2 1500 3 1000 4 750 etc. Or la vitesse de rotation du rotor nominale est toujours légèrement inférieure à la vitesse de synchronisme. En lisant la vitesse nominale du rotor n N sur la plaque signalétique, on déduit, en utilisant le tableau ci-dessus, la vitesse de synchronisme en prenant la plus petite valeur de n s supérieure à n N. On en déduit la valeur du nombre de paires de pôles p correspondante. Exemple de la plaque ci-dessus : n N =1427 tr/min donc n s =1500 tr/min et p=2