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Titre: Machines électriques cours et problèmes

Auteurs: Claude CHEVASSU

Ecole: ENSM Ecole Nationale Supérieure Maritime

Résumé: Cet ouvrage va vous permettre de suivre le cours en classe en pratiquant une écoute très active car vous serez délivré de la corvée de la prise de note. Vous pourrez comprendre et anticiper la suite du cours. Vous pourrez poser des questions : il n’y a pas de questions idiotes, il n’y a que des idiots qui n’osent pas poser de question. Il faut à tout prix évacuer les zones d’ombre que vous ne comprenez pas bien et pour cela interroger le professeur. Il faut travailler le cours le soir même, le relire, l’apprendre, l’assimiler, ces opérations transfèrent les informations au subconscient qui peut alors commencer son travail de digestion et de maturation des connaissances. Il ne faut jamais oublier que la mémoire est basée sur un fonctionnement biologique dont la répétition est le mécanisme fondamental. Pour que la mémorisation soit « durable », il faut « repasser 1 ses leçons ».

Repasser ses leçons consiste à contrôler systématiquement, sans s’aider de notes et sans aide extérieure, ce que l’on vient d’apprendre (exercices et cours). Vous pouvez effectuer ce contrôle de trois manières possibles :

Mentalement : c’est une méthode rapide et que vous pouvez effectuer n’importe où, par exemple dans les transports en commun, en attendant à la caisse d’un magasin, . . . Essayez de vous rappeler mentalement, et sans vous aider de vos notes, le cours et les exercices vus en classe.

Par écrit : après avoir relu votre cours ou résolu un problème, essayez de retrouver par écrit les principaux paragraphes, démonstrations ou résolution sans vous aidez d’aucun support.

Par oral : expliquer à des amis la leçon que vous venez d’apprendre ou l’exercice que vous venez de résoudre constitue une excellente manière de contrôler que vous possédez votre sujet, c’est aussi un fabuleux moyen pour l’approfondir. En fait, il n’y a guère de meilleur moyen pour apprendre quelque chose que de l’expliquer, de l’enseigner . . . alors n’hésitez pas à aider les collègues !

Extrait du sommaire:

Introduction – Généralités vii
0.1 Introduction vii
0.2 Méthode de travail viii
1 Transformateurs 1
1.1 Symboles 1
1.2 Principe – Equations 2
1.2.1 Constitution – Principe 2
1.3 Transformateur idéal 9
1.3.1 Transformateur parfait 9
1.3.2 Impédance ramenée 10
1.4 Transformateur réel à vide 12
1.4.1 Influence de la réluctance du circuit magnétique 13
1.4.2 Influence des pertes fer 14
1.5 Transformateur réel en charge 16
1.5.1 Schéma équivalent 16
1.5.2 Chute de tension 18
1.5.3 Essais et propriétés du transformateur 20
1.6 Transformateurs spéciaux 23
1.6.1 Autotransformateur 24
1.6.2 Transformateur de tension (TT) 27
1.6.3 Transformateur de courant (TI) 29
1.7 Transformateur triphasé 30
1.7.1 Grandeurs caractéristiques d’un transformateur triphasé 31
1.7.2 Rapport de transformation 33
1.7.3 Groupes de couplage 34
1.7.4 Conditions du couplage en parallèle 36
1.8 Mise sous tension des transformateurs 38
1.9 Exercices et problèmes sur le transformateur 43
1.9.1 Utilité du transformateur pour le transport de l’énergie électrique. 43
1.9.2 Autotransformateur 43
1.9.3 Calcul du nombre de spires nécessaire pour réaliser un transformateur. 44
1.9.4 Essai à vide 44
1.9.5 Fonctionnement d’un transformateur 45
1.9.6 Essai en court-circuit 45
1.9.7 Transformateur monophasé en charge 45
1.9.8 Fabrication d’un transformateur, prédétermination des éléments du schéma équivalent de Kapp 46
1.9.9 Etude du fonctionnement d’un transformateur, court-circuit, mise en parallèle 47
1.9.10 Etude d’un transformateur triphasé 49
1.9.11 Transformateur triphasé : modification du couplage du secondaire . 49
1.9.12 Transformateur triphasé 49
1.9.13 corrigé de l’exercice 1.9.1, page 43 50
1.9.14 corrigé de l’exercice 1.9.2, page 43 51
1.9.15 corrigé de l’exercice 1.9.3, page 44 52
1.9.16 corrigé de l’exercice 1.9.4, page 44 53
1.9.17 corrigé de l’exercice 1.9.5, page 45 53
1.9.18 corrigé de l’exercice 1.9.6, page 45 54
1.9.19 corrigé de l’exercice 1.9.7, page 45 54
1.9.20 corrigé de l’exercice 1.9.8, page 46 56
1.9.21 corrigé de l’exercice 1.9.9, page 47 57
1.9.22 corrigé de l’exercice 1.9.10, page 49 59
1.9.23 corrigé de l’exercice 1.9.11, page 49 60
2 Généralités sur les machines électriques tournantes 61
2.1 Technologie des machines électriques 61
2.1.1 Matériaux magnétiques 61
2.1.2 Matériaux conducteurs 62
2.1.3 Matériaux isolants – Classe d’isolation 63
2.2 Services de marche 65
2.2.1 Echauffement des machines électriques 66
2.2.2 Indice de protection IPxx et IKxx 67
2.2.3 Plaque signalétique 67
2.3 Lois générales de la conversion électromécanique 69
2.4 Production de forces électromotrices 71
2.4.1 Structure de la machine 71
2.4.2 Flux magnétique 71
2.4.3 Force électromotrice induite 73
2.5 Inductions tournantes 76
2.5.1 Inducteur tournant 76
2.5.2 Inducteur triphasé fixe 77
2.6 Machine bipolaire équivalente 82
2.7 Explication microscopique du fonctionnement 82
3 Machines à courant continu 89
3.1 Symboles 89
3.2 Constitution d’une machine à courant continu 90
3.2.1 L’inducteur 90
3.2.2 L’induit 91
3.2.3 Collecteurs et balais 93
3.3 Equation générale 97
3.3.1 Force électromotrice à vide 97
3.3.2 Etude en charge 103
3.4 Moteur à courant continu 107
3.4.1 Démarrage d’un moteur 107
3.4.2 Moteur à excitation séparée (ou dérivée) 108
3.4.3 Moteur à excitation série 110
3.4.4 Moteur à excitation composée 113
3.4.5 Rendement d’un moteur – couple utile 115
3.4.6 Mise en oeuvre des moteurs 116
3.5 Génératrices à courant continu 123
3.5.1 Freinage rhéostatique 123
3.5.2 Génératrice tachymètrique 125
3.5.3 Annexe : génératrices auto-excitées 125
3.6 Exercices et problèmes sur la machine à courant continu 128
3.6.1 Machine à excitation indépendante entraînant un treuil 128
3.6.2 Machine à excitation dérivée 128
3.6.3 Treuil entraîné par machine à courant continu : montée et descente 129
3.6.4 Variation de vitesse d’une machine à courant continu 130
3.6.5 Entraînement d’un treuil par une machine à courant continu : montée et descente 131
3.6.6 corrigé de l’exercice 3.6.1, page 128 132
3.6.7 corrigé de l’exercice 3.6.2, page 128 132
3.6.8 corrigé de l’exercice 3.6.3, page 129 133
3.6.9 corrigé de l’exercice 3.6.4, page 130 135
3.6.10 corrigé de l’exercice 3.6.5, page 131 137
4 Machines synchrones 139
4.1 Symboles 139
4.2 Construction – Principe 139
4.2.1 Force électromotrice 140
4.2.2 Fonctionnement en charge 147
4.3 Alternateur autonome 156
4.3.1 Machine synchrone couplée au réseau 157
4.3.2 Diagramme de Blondel 162
4.4 Couplage des alternateurs 168
4.4.1 Condition préalable au couplage 169
4.4.2 Répartition des puissances entre deux alternateurs 173
4.4.3 Conséquences des fautes de couplage 174
4.4.4 Répartition optimale des puissances 175
4.5 Exercices et problèmes sur la machine synchrone 179
4.5.1 Alternateur monophasé 179
4.5.2 Alternateur triphasé 179
4.5.3 Alternateur triphasé 180
4.5.4 Moteur synchrone 181
4.5.5 Compensateur synchrone 181
4.5.6 Groupe convertisseur tournant 182
4.5.7 Couplage d’un alternateur sur le réseau : faute de couplage 183
4.5.8 corrigé de l’exercice 4.5.1, page 179 183
4.5.9 corrigé de l’exercice 4.5.2, page 179 183
4.5.10 corrigé de l’exercice 4.5.3, page 180 184
4.5.11 corrigé de l’exercice 4.5.4, page 181 185
4.5.12 corrigé de l’exercice 4.5.5, page 181 187
4.5.13 corrigé de l’exercice 4.5.6, page 182 189
4.5.14 corrigé de l’exercice 4.5.7, page 183 192
5 Machines asynchrones 195
5.1 Symboles 195
5.2 Structure – Principes de fonctionnement 195
5.2.1 Structure 195
5.2.2 Principes de fonctionnement 197
5.2.3 Glissement – fréquences rotoriques 201
5.3 Equations – Schéma équivalent 205
5.3.1 Equations 205
5.4 Etude du courant et du couple 212
5.4.1 Courant absorber -Diagramme du cercle 213
5.4.2 Echelle de glissement – Puissances 217
5.4.3 Etude directe du couple 219
5.5 Mise en oeuvre de la machine asynchrone 220
5.5.1 Caractéristiques du moteur asynchrone 220
5.5.2 Démarrage du moteur asynchrone 223
5.5.3 Réglage de la vitesse 228
5.5.4 Réversibilité – Freinage 231
5.6 Moteur asynchrone monophasé 235
5.7 Exercices et problèmes sur la machine asynchrone 237
5.7.1 Moteur asynchrone à cage : plaque signalétique 237
5.7.2 Moteur asynchrone à cage : bilan de puissance 238
5.7.3 Moteur asynchrone : expression simplifiée du couple 238
5.7.4 Monte charge entraîné par un moteur asynchrone : fonctionnement en montée et freinage de la descente 239
5.7.5 corrigé de l’exercice 5.7.1, page 237 241
5.7.6 corrigé de l’exercice 5.7.2, page 238 242
5.7.7 corrigé de l’exercice 5.7.3, page 238 243
5.7.8 corrigé de l’exercice 5.7.4, page 239 244
6 Commande de la machine asynchrone 251
6.1 Commande scalaire 252
6.1.1 Contrôle en V/f de la machine asynchrone 252
6.1.2 Contrôle scalaire du courant 253
6.2 Commande vectorielle 254
6.2.1 Modèle de la machine asynchrone en régime transitoire 255
6.2.2 Les équations de la machine asynchrone en régime quelconque
6.2.3 Mise en équations de la machine asynchrone en coordonnées de Park 265
6.2.4 Equations dans différents référentiels 274
6.2.5 Contrôle vectoriel 277
6.3 Exercices et problèmes sur la commande de la machine asynchrone282
6.3.1 Commande vectorielle à flux rotorique orienté 282
6.3.2 Corrigé de l’exercice 6.3.1, page 282 284

Formation Machines Electriques cours 10

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