Composition Tt2 Bis

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TAMSIR NIANG PROFESSEUR DELECTROTECHNIQUE

ANNEE 2010

FASCICULE DEXECICES ELECTROTECHNIQUES CLASSE DE TERMINALE T2 /BT

In d u c te u r

IU = V

A M =

I n d u it

M e s u r e d e la v it e s s e F rein p o u d re

DT

M e s u r e d u c o u p le

2

PREFACECE RECUEIL DEXERCICES EST LE TRAVAIL DE PLUSIEURS ANNEES DE RECHERCHES, IL SADRESSE AUX ELEVES DE TERMINALE T2 ET A CEUX DU BT ELECTROTECHNIQUE.

Llectrotechnique est une matire assez vaste qui possde ses particularits, son langage propre, ses outils incontournables, et ncessite des bases solides en manipulation des circuits et des puissances lectriques. La rigueur ncessaire ltude des systmes triphass et des machines lectriques, pour ne citer queux, ne peut sacqurir quen se mettant lpreuve sur des exercices varis avant daborder des sujets plus complets. Mais ce travail est extrmement payant en terme de comprhension et de russite scolaire.LES EXERCICES QUI Y SONT PROPOSES PERMETTENT AUX ELEVES DE TERMINALES DE MIEUX PREPARER LEXAMEN DU BAC. TAMSIR NIANG PROFESSEUR DELECTROTECHNIQUE AU CNCPI / DELAFOSSE TEL :77 577 55 33 / EMAIL :niangrismat@yahoo .fr

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CHAPITRE 1 : MOTEUR A COURANT CONTINU MACHINE A COURANT CONTINU POLY EXCITATION .

Une machine courant continu non sature est telle que sa fem E=0,4.n.Ie avec E fem en Volt, n vitesse en tr/s et Ie courant d'excitation en A . La rsistance de l'induit R=0,8 et celle de l'inducteur R'=0,4. Pour la vitesse et l'excitation nominales , les pertes fer et mcaniques valent 100W et engendre un couple de pertes de 0,8Nm (on le supposera constant dans tout le devoir). 1. Fonctionnement en moteur excitation spare . Prciser le schma . 1.1. Fonctionnement nominal : UN=220V IN=25A et Ie=25A. a) Calculer la fem E , la vitesse n (en tr/s et en tr/min), b) le couple lectromagntique Te, c) le couple utile Tu , d) la puissance utile Pu et le rendement . 1.2. Donner le schma du montage et les conditions permettant de mesurer les pertes fer et mcanique. Prciser les appareils ncessaires (calibre, type) et la valeur des courants et tensions. 1.3. La charge prsente un couple rsistant constant quelque soit la vitesse et gal au couple utile nominal Tr=TuN On fait varier la vitesse par action sur la tension induit en maintenant le courant d'excitation constant . Etablir la relation donnant la vitesse n en tr/s puis en tr/min en fonction de U. Tracer n(U) [n en tr/min et U en V variant de 0 220V ] 2. Fonctionnement en moteur srie . Prciser le schma . 2.1. Montrer que Te(I)=6,37.10-2.I2. En dduire Tu(I). 2.2. La charge prsente un couple Tr=9+1,5.n (Tr en Nm et n en tr/s). La caractristique Tu(n) pour U=220V est donne par les points dessous.

vitesse tr/min Tu Nm

1080 42,9

1200 35,6

1320 30

1440 25,6

1560 22,1

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Dterminer graphiquement l'tat du moteur : Tu et n.(Echelles:2 Nm/cm et 100 tr/min /cm). En dduire le couple lectromagntique Te , le courant I et le rendement du moteur. 2.3. On modifie la vitesse par action sur la tension d'alimentation. Pour n=600tr/min : calculer Tu , I et U. Un atelier est aliment par un reseau 220/380 V ;50Hz :il comporte : - un moteur ventilateur M1 Pu = 1.6 KW = 0 .8 cos = 0 .6 - un moteur tambour M2 Pa = 10 KW EXERCICE 2 Soit un moteur courant continu excitation constante de caractristiques nominales : UN=220V IN=10A R=2 nN=2000tr/min Tp nglig

1. Donner lexpression gnrale de la fem . Montrer que E=k.n (E en V et n en tr/min) et k= 0,1 . 2. Donner lexpression gnrale du moment du couple lectromagntique . Montrer que Te=k.I et k= 0,955 . Donner le schma du montage pratique ncessaire pour relever cette caractristique . 3. Donner lexpression gnrale de la tension U du moteur . En dduire n(U , I ) . 4. Montrer que n = 10 U - 21.TM ( U en V , n en tr/min et TM couple moteur en Nm ) . Conclusion . En dduire TM(n) et vrifier cette courbe pour UN= 220 V. ( Au dos de la feuille ) 5. La charge est telle que TR= 4+2.10-3.n.( n en tr/min) .Tracer TR(n) . 5.1. Pour U =UN =220V : dterminer la vitesse ,le couple moteur et le courant induit . 5.2. Pour U = UN/2 : dterminer la vitesse ,le couple moteur et le courant induit . 5.3. n = 1500 tr/min : Calculer le couple moteur , le courant induit et la tension . 5.4. Calculer le couple moteur , le courant induit et la tension pour dmarrer .

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EXERCICE 1I (interrogation crite ) 1. Rversibilit de la machine courant continu : Donner les 2 conventions utilises et les expressions de la tension correspondante. Comparer E et U dans chaque cas . 2. Donner 2 expressions de la fem E et du moment du couple lectromagntique Te pour un moteur courant continu excitation spare. 3. Exprimer n en fonction de U ,R ,I et . 4. Comment varie la vitesse si I augmente (U et ie constants ) , si U augmente (I et ie constants ), si ie diminue (U et I constants ) . 5. Caractristiques :. Reconnatre ces caractristiques a) b) c) d) ci-dessous.

a

b

c

d

6. Donner les mthodes de mesure du rendement . 7. Comment mesure t on les pertes collectives? Prciser le montage et les conditions de mesure 8. Quel est la condition dquilibre dun moteur? Comment trouve t on le point de fonctionnement ? 9. Donner les expressions de la fem et du couple lectromagntique du moteur courant continue srie non sature .

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Exercice 2 (INTERROGATION CRITE )

1. Donner le symbole de la machine courant continu . Prciser les noms , les courants et tensions des diffrents circuits . 2. Expliquer le fonctionnement de la machine courant continu et la rversibilit . 3. Donner les diffrentes pertes dans une machine courant continu et prciser de quoi elles dpendent . 4. n relve sur la plaque signaltique les caractristique nominales suivantes : UN=220V ,IN=10A, nN=1000tr/min, Vex=220V , iex=0.5A . On mesure R=2 et E=0,2.n (E en V et n en tr/min)

4.1. Justifier que E=0,2.n 4.2. U=220V et n= 1000tr/min : Calculer E , en dduire le fonctionnement de la machine et le courant I. Calculer Te et Pe . 4.3. U=220V et n= 1150tr/min : Calculer E , en dduire le fonctionnement de la machine et le courant I .

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Exercice 3

Une machine courant continu a les caractristiques suivantes: Tension nominale UN=24V, Rsistance de linduit R=2 et Courant induit nominal IN=2A. Le flux sous un ple est constant .

1. Pour n=1500tr/min et U = UN : E=21V Comment fonctionne la machine . Calculer le courant induit I, le moment du couple lectromagntique et la puissance lectromagntique 2. Pour n=2000tr/min et U= UN. Calculer la fem E et en dduire le fonctionnement de la machine. Calculer le courant induit, le moment du couple . Que peut on dire de ce couple? Remarque : On prcisera les relations utilises et leur units

Exercice 4

Une machine courant continu a les caractristiques suivantes: Tension nominale UN=220V ; Rsistance de linduit R=2 . Le flux sous un ple est constant ; E = 0,2.n (E en V et n tr/min) . (prendre 1/ 0,32 ) =

1. Donner le schma reprsentant la machine courant continu et prciser les noms des diffrentes parties . 2. Donner l'expression gnrale de la fem E et montrer que E est proportionnelle n . 3. U = UN =220V et n=1000tr/min Calculer la fem E et en dduire le fonctionnement de la machine . Calculer le courant induit I, le moment du couple lectromagntique et la puissance lectromagntique 4. U= UN , n=1200tr/min . Calculer la fem E et en dduire le fonctionnement de la machine. Calculer le courant induit.

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EXERCICES DE PHYSIQUE APPLIQUEE SUR LES MOTEURS CONTINUS SERIE

TT2

EXERCICE 1 : Un moteur excitation en srie, utilis pour la traction lectrique, possde lescaractristiques nominales suivantes : tension d'alimentation de l'induit : Un = 500 V ; intensit du courant d'induit : In = 100 A ; frquence de rotation : nn = 900 tr/min ; rsistance de l'induit R= 0,25 et de l'inducteur : Rs = 0,15. On admet que le flux utile sous un ple est proportionnel l'intensit I du courant et que la somme des pertes dans le fer et des pertes mcaniques vaut 2000W la vitesse nominale.. 1. Pour le fonctionnement nominal , dterminer : 1.1. la fem du moteur et le moment du couple lectromagntique, 1.2. la puissance absorbe , les pertes joules ,la puissance utile , le rendement ,le moment du couple utile et du couple de pertes . 2. Montrer que Te=4,88 10 -2 I2 et E = 0,307nI . 3. UN= 500 V, le couple rsistant diminue et vaut T R=250Nm . Dterminer Tu ,Te, I, E et n du moteur . EXERCICE 2 : MOTEUR A COURANT CONTINU SERIE. Caractristiques nominales : La tension d'alimentation de l'induit vaut U N = 220 V ; l'intensit du courant d'induit I N= 20 A ;la frquence de rotation : n N = 1500tr/min . La rsistance de l'induit R=0.6 et celle de l'inducteur R'=0,4 . Le couple de pertes est constant quelque soit la vitesse : Tp=1,46 Nm. 1. Montrer que E=0,4.n.I (E f.e.m en V, n vitesse en tr/s et I courant induit en A) et Tu=6,37 10 -2 I2 1,46 (Tu en Nm et I en A) . 2. Le moteur entrane la mme charge dont le couple rsistant Tr=10+0.6n avec Tr en Nm et n en tr/s. On fait varier la vitesse par action sur la tension d'alimentation. Les caractristiques Tu(n) sont donnes par les graphes pour U=110, U=220V. 2.1. Donner le schma de montage pratique ncessaire au relev des caractristiques Tu(n) .Prciser le matriel. . 2.2. Dterminer graphiquement les vitesses et couples pour les diffrentes tensions (110V,220V). 2.3. Calculer les courants correspondants. 2.4. Calculer le couple , courant et la tension de dmarrage . 2.5. Calculer le couple , courant et la tension pour obtenir une vitess e de 1200tr/min .

Caractristiques Tu(n) du moteur srie pour 220V, 110VT(Nm) 35 30 25 20 15 10 5 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 n(tr/min) 1800 2000

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EXERCICE 5

La plaque signaltique d'un moteur courant continu indique :