Électrotechnique de puissance : les moteurs électriques expliqués aux électroniciens Auteur : Gérard GUIHÉNEUF Éditeur : Elektor ISBN : 978-2-86661-188-0 Format : 14 21 cm Nbre de pages : 20 Prix : 7,50 ORRIGÉS DES ÉVALUATIONS 1. Électronique appliquée au moteur à courant continu E1. A vrai B vrai faux E vrai F faux G vrai. 1 Pa ----- 218 ------------------ 000 21 914 W η 0,94 2 donc I Pa U I Pa ----- 21 ------------------ 914 527 A U 440 E2. 21 c 22 a b c 2 b 24 a b. E. Grue portuaire (calculs de grandeurs électriques complémentaires) Première méthode : E U ( R I) 440 ( 0,0 527) E 424 V Deuxième méthode : E k Φ 2 n et k Φ I avec --------------------- 2 n

k Φ --- ----------------------------- I 2 n I k Φ 218 000 2 ( 1 520 60) 527 2,598 E k Φ 2 n E 2,598 2 1 ------------ 520 41 V 60 Les deux valeurs calculées présentent le même ordre de grandeur. E4. Dimensionnement et choix des constituants d un système (convoyeur) 41 ---------------------- m g v ------------------------------------------- 4 080 9,81 0, η 0,96 12 507 W 12,5 kw 42 Moteur retenu : moteur de 12,7 kw avec N 1 490 min 1 pour U 440 V. De plus, l intensité nominale du courant absorbé par le moteur est de : I 5,5 A. 4 Variateur de vitesse : DMV 222 45 A 44 Pa ----- 12 --------------- 507 15 441 W η 0,81 E7. Vélo à assistance électrique 71 Rapport cyclique α α 72 U I moyen E moyen ----------------------------- R donc E U moyen ( R I moyen ) E 24 ( 0,2 8) 22,4 V 7 k Φ k tension ------------------------------------------------------------------------------------------ moyenne en sortie du hacheur tension continue en entrée du hacheur U ------ 24 ----- 0,667 6 U B --------------------- E 2 n Φ 0,071 74 k Φ I 0,071 8 0,57 Nm 75 2 n ---------------------------------------------- 22,4 2 ( 000 60) 0,57 2 ------------ 000 179 W 60 45 I Pa ----- 15 --------------- 441 5,09 A U 440 76 Rendement : E5. A vrai B faux vrai E vrai. η ----- --------------------------- -------------- 179 0,9 Pa 24 8 U I moyen E6. 61 a 62 c 6 b 64 a.

2. Électronique appliquée aux moteurs monophasés E1. A vrai B faux vrai E vrai F faux G faux. E2. 21 c 22 b 2 a c 24 c. E. Interprétation des informations mentionnées sur la plaque signalétique d un moteur 1 La vitesse de synchronisme du champ tournant est immédiatement supérieure à la vitesse mentionnée sur la plaque signalétique : 000 min 1 > 2 860 min 1. Nombre de paires de pôles magnétiques : p 2 Pa U I cosϕ Pa 20 8,6 0,98 1 98,4 W 4 -- f ---------------------- 50 1 n 000 60 donc n --------------------- 2 n ---------------------------------------------- 1 500 2 ( 2 860 60) 5 Nm f p n -- f 80 ----- 80 s 1 p 1 Par conséquent, la vitesse de synchronisme du moteur est : Ns 4 800 min 1. alcul du glissement : g Ns ---------------- N -------------------------------- 000 2 860 0,0467 4,67% Ns 000 alcul de la vitesse de l arbre quand la fréquence de la tension d alimentation du moteur est de 80 Hz : g Ns ---------------- N d où g Ns Ns N Ns N Ns ( 1 g) N 4 800 ( 1 0,0467) 4 575,8 min 1 E4. Maintenance du système électrique du portail semi-automatique Les trois causes possibles sont : - coupure de la bobine de l électroaimant du contacteur KM2 - défaillance du contact «fin de course» S8 (11-12) : le contact demeure ouvert - défaillance du contact de verrouillage électrique KM1 (21-22) : le contact demeure ouvert. E5. Remplacement du moteur du système électrique du portail semiautomatique Le remplacement d un moteur de 0,7 kw par un moteur de 0,75 kw amène à changer le disjoncteur moteur dont la plage de réglage doit encadrer la valeur du courant nominal de nouveau moteur : I N 4,85 A. Par conséquent, il faut remplacer le disjoncteur moteur existant par un modèle de la même gamme dont la référence est GV2 ME10 et l intensité de réglage est : I R I N moteur 4,85 A.

E6. Variation de vitesse d un moteur universel de perceuse Position 2 Trois quarts de la course totale : α -- 4 rad 61 V ----------- max ( 1 + cosα) V ----------- max ( 1 + cosα) Si le curseur du potentiomètre est situé au milieu de sa course, cela équivaut à un angle d amorçage du triac de : α -- radians 2 -------- 1 + cos -- 2 U moyen -------- 10,4 V ette tension moyenne est deux fois plus faible que celle obtenue pour un angle d amorçage nul du triac (application de la tension alternative sinusoïdale complète aux bornes de l induit du moteur). Par conséquent, la vitesse du moteur correspond à la moitié de la vitesse nominale : 17 --------------- 100 8 550 min 1 2 -------- 1 + cos -- 4 -------- ( 1 + 0,707) 176,6 V ------------------------ max 176,6 ------------ 0,85 206,9 Par conséquent, la vitesse effective du moteur est : 17 100 0,85 14 586 min 1. Remarque : max correspond au résultat obtenu pour un angle d amorçage nul (cosα cos 0 1). Dans ce cas, -------- 2 206,9 V. 62 Position 1 Un quart de la course totale : V ----------- max ( 1 + cosα) -------- 1 + cos ----- 4 α ----- 4 rad -------- ( 1 0,707) 0, V ------------------------ max ------------ 0, 0,146 206,9 Par conséquent, la vitesse effective du moteur est : 17 100 0,146 2 497 min 1.

. Électronique appliquée aux moteurs asynchrones triphasés E1. A vrai B vrai faux E faux F vrai G faux H vrai. E2. 21 c 22 a 2 c 24 c 25 b E. Lecture d une plaque signalétique 1 alcul du glissement : g g Ns N ---------------- Ns -------------------------------- 000 2 860 0,0467 4,67% 000 2 alcul de la puissance électrique nominale absorbée : Pa U I cosϕ Pa 400 6, 0,8 622 W alcul du rendement du moteur : η ----- ------------ 000 0,828 82,8% Pa 622 4 alcul du couple mécanique nominal : 000 2 ---------------------------------------------- ( 2 860 60) 10 Nm E4. hoix d un rhéostat électrolytique (démarreur RLV) 41 hoix du démarreur : le démarreur «Polystart» retenu est de référence LB 25 car il peut être associé à des moteurs dont la charge maximale atteint une puissance de 40 kw. ette puissance mécanique est supérieure à la puissance mécanique nominale du moteur utilisé (7 kw). 42 hoix du contacteur de fin de démarrage : la consultation des caractéristiques du moteur met en évidence un courant rotorique nominal de 64 A. Par conséquent, le contacteur LB 25/80 qui accepte un courant rotorique maximal de 85 A est retenu. 4 alcul du nombre de démarrages par heure : N K ---------------- ----------------- 2 400 6,48. P 7 10 T D Le nombre maximal de démarrages par heure sera : 6. E5. Détermination du temps de démarrage d un moteur 51 alcul du temps de démarrage : T J N D ---------------------- 1,68 2 80 400 Ma ----------------------------- 400 0 0,96 s --------------------- 2 n

52 Détermination graphique La valeur obtenue en exploitant l abaque cidessus est approximativement de 0,44 s. L ordre de grandeur de cette valeur est comparable à la valeur calculée précédemment.

E6. A vrai B faux faux E vrai. I 21 7,7 D dém. direct triangle ------------------- 9,5 A 0 M D démarreur 166 ------------ 2 9,5 17,14 Nm E7. 71 b 72 a 7 c 74 b. E8. Station de pompage (association démarreur électronique/moteur asynchrone triphasé) 81 hoix du démarreur Pour un moteur de 11 kw alimenté sous un réseau triphasé de 400 V, la référence du démarreur est : ATS22D17Q. 82 La lecture des caractéristiques du moteur de 11 kw montre que celui-ci absorbe un courant nominal de 21 A. Insérée dans le couplage triangle des enroulements statoriques, chaque branche du démarreur est parcourue par un courant qui vaut : I N moteur ------------------ ------ 1 12,12 A ette valeur est du même ordre de grandeur que celle préconisée par le constructeur (14,4 A colonne In de la figure -44). 84 omme le couple résistant opposé par la pompe (20 Nm) est supérieur au couple de démarrage que le moteur peut produire (17,14 Nm), il en résulte un calage du moteur. ette situation entraîne la circulation dans les enroulements statoriques du moteur d un courant supérieur au courant In programmé sur le démarreur. elui-ci détecte l anomalie et se positionne en situation de verrouillage : tous les thyristors internes au démarreur deviennent non passants et le contact de sécurité (R1A R1) s ouvre pour interrompre l alimentation de la bobine du contacteur de puissance associé le moteur n est plus alimenté. 85 ILt M résist. machine I2 ------------------------------------------------------------------------------ D dém direct triangle M D démarrage direct [I démarrage direct dans le couplage en triangle ] ILt 20 --------------------------- 9,5 2 2,4 A 166 8 alcul du couple de démarrage du moteur : I D démarreur M D démarreur M D dém. direct ---------------------------------------- 2 [I démarrage direct dans le couplage en triangle ] I D dém. direct triangle D après les informations de la figure -12 : M D démarrage direct 72,2 2, 166 Nm

E9. Variation de vitesse d un groupe de ventilation 91 En cas de défaut (fonctionnement anormal du moteur (surcharge), paramétrage inadapté entre le moteur et le variateur ou dysfonctionnement interne au variateur), le contact R1A-R1 s ouvre pour couper l alimentation de la bobine du contacteur KM1. Il en résulte une ouverture des trois contacts de puissance du contacteur KM1 qui entraîne l interruption de l alimentation du variateur et du moteur. 92 es inductances visent à éliminer la production par le variateur de vitesse de courants harmoniques. 9 Le moteur asynchrone triphasé d une puissance de 1,8 kw mis en œuvre sur le groupe de ventilation tourne à une vitesse de 1 48 min 1 quand la fréquence de la tension triphasée est de 50 Hz (fréquence du réseau). Pour réduire la vitesse du moteur à1 000 min 1, le variateur de vitesse ATV71 doit alimenter le moteur sous une tension triphasée dont la fréquence respecte la réduction proportionnelle des vitesses : 1 000 f 50 ------------ 4,77 Hz 1 48 ela signifie que ------ 2,5 ------ 0,2. n 12 ette valeur inférieure à /n (0,5) prouve que le moteur ne cale pas entre 0 et 25 Hz. De 25 Hz (719 min 1 ) à 50 Hz (1 48 min 1 ), la valeur minimale du rapport /n décrit par la figure -62 est : ------ 0,95 n En ce qui concerne le ventilateur, le couple résistant maximal qu il oppose au moteur est de 11 Nm à la vitesse de 1 48 min 1. Le rapport est ------ r 11 ----- 0,91. n 12 ette valeur est inférieure à /n (0,95) et traduit que le moteur du ventilateur ne cale pas pour l intervalle de vitesses compris entre 719 min 1 et 1 40 min 1. onclusion : de 0 min 1 à 1 40 min 1, le convertisseur de fréquence ATV71 assure la variation de la vitesse du moteur du groupe de ventilation sans risque de calage mécanique du moteur. 94 Le couple nominale que peut produire le moteur de 1,8 kw est : M N 12 Nm (se reporter à la figure -12). Par ailleurs, entre 0 Hz (0 min 1 ) et 25 Hz (1 48 / 2 719 min 1 ), la valeur minimale du rapport /n décrit par la figure -62 est : ------ 0,5. n Parallèlement, entre 0 min 1 et 719 min 1, le couple résistant du ventilateur (se reporter à la figure -4) ne dépasse pas 2,5 Nm.