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O1MM 2

eannée

MACHINESÉLECTRIQUES

Cours et Problèmes

Claude CHEVASSUversion du 20 juillet 2012

Table des matières

Introduction - Généralités

vii

0.1 Introduction

v ii

0.2 Méthode de travail

v iii

1 Transformateurs

1

1.1 Symboles

1

1.2 Principe - Équations

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
i iiTABLE DES MATIÈRES

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 Utilitédutransformateurpourletransportdel"énergieélec-

trique 43

1.9.2 Autotransformateur

43

1.9.3 Calculdunombredespiresnécessairepourréaliseruntrans-

formateur 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 Fabricationd"untransformateur,prédéterminationdesélé-

ments du schéma équivalent de Kapp 46

1.9.9 Étudedufonctionnementd"untransformateur,court-circuit,

mise en parallèle 47

1.9.10 Étude d"un transformateur triphasé

49

1.9.11 Transformateurtriphasé:modificationducouplageduse-

condaire 49

1.9.12 Transformateur triphasé

49

1.9.13 corrigé de l"exercice

1.9 .1

,p age 43
50

1.9.14 corrigé de l"exercice

1.9 .2

,p age 43
51

1.9.15 corrigé de l"exercice

1.9 .3

,p age 44
52

1.9.16 corrigé de l"exercice

1.9 .4

,p age 44
53

1.9.17 corrigé de l"exercice

1.9 .5

,p age 45
53

1.9.18 corrigé de l"exercice

1.9 .6

,p age 45
54

1.9.19 corrigé de l"exercice

1.9 .7

,p age 45
54

1.9.20 corrigé de l"exercice

1.9 .8

,p age 46
56

1.9.21 corrigé de l"exercice

1.9 .9

,p age 47
57

1.9.22 corrigé de l"exercice

1.9 .10

, page 4 9 59

1.9.23 corrigé de l"exercice

1.9 .11

, page 4 9 60

TABLE DES MATIÈRESiii

2 Généralités sur les machines électriques tournantes

6 1

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 Échauffement 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

8 9

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 Équation générale

97

3.3.1 Force électromotrice à vide

97

3.3.2 Étude en charge

10 3

3.4 Moteur à courant continu

10 7

3.4.1 Démarrage d"un moteur

10 7

3.4.2 Moteur à excitation séparée (ou dérivée)

10 8 ivTABLE DES MATIÈRES

3.4.3 Moteur à excitation série

11 0

3.4.4 Moteur à excitation composée

11 3

3.4.5 Rendement d"un moteur - couple utile

11 5

3.4.6 Mise en oeuvre des moteurs

11 6

3.5 Génératrices à courant continu

12 3

3.5.1 Freinage rhéostatique

12 3

3.5.2 Génératrice tachymètrique

12 5

3.5.3 Annexe : génératrices auto-excitées

12 5

3.6 Exercices et problèmes sur la machine à courant continu

12 8

3.6.1 Machine à excitation indépendante entraînant un treuil

12 8

3.6.2 Machine à excitation dérivée

12 8

3.6.3 Treuil entraîné par machine à courant continu : montée et

descente 12 9

3.6.4 Variation de vitesse d"une machine à courant continu

13 0

3.6.5 Entraînementd"untreuilparunemachineàcourantcontinu:

montée et descente 13 1

3.6.6 corrigé de l"exercice

3.6 .1

,p age 12 8 13 2

3.6.7 corrigé de l"exercice

3.6 .2

,p age 12 8 13 2

3.6.8 corrigé de l"exercice

3.6 .3

,p age 12 9 13 3

3.6.9 corrigé de l"exercice

3.6 .4

,p age 13 0 13 5

3.6.10 corrigé de l"exercice

3.6 .5

,p age 13 1 13 7

4 Machines synchrones

13 9

4.1 Symboles

13 9

4.2 Construction - Principe

13 9

4.2.1 Force électromotrice

14 0

4.2.2 Fonctionnement en charge

14 7

4.3 Alternateur autonome

15 6

4.3.1 Machine synchrone couplée au réseau

15 7

4.3.2 Diagramme de Blondel

16 2

4.4 Couplage des alternateurs

16 8

4.4.1 Condition préalable au couplage

16 9

4.4.2 Répartition des puissances entre deux alternateurs

17 3

TABLE DES MATIÈRESv

4.4.3 Conséquences des fautes de couplage

17 4

4.4.4 Répartition optimale des puissances

17 5

4.5 Exercices et problèmes sur la machine synchrone

17 9

4.5.1 Alternateur monophasé

17 9

4.5.2 Alternateur triphasé

17 9

4.5.3 Alternateur triphasé

18 0

4.5.4 Moteur synchrone

18 1

4.5.5 Compensateur synchrone

18 1

4.5.6 Groupe convertisseur tournant

18 2

4.5.7 Couplage d"un alternateur sur le réseau : faute de couplage

18 3

4.5.8 corrigé de l"exercice

4.5 .1

,p age 17 9 18 3

4.5.9 corrigé de l"exercice

4.5 .2

,p age 17 9 18 3

4.5.10 corrigé de l"exercice

4.5 .3

,p age 18 0 18 4

4.5.11 corrigé de l"exercice

4.5 .4

,p age 18 1 18 5

4.5.12 corrigé de l"exercice

4.5 .5

,p age 18 1 18 7

4.5.13 corrigé de l"exercice

4.5 .6

,p age 18 2 18 9

4.5.14 corrigé de l"exercice

4.5 .7

,p age 18 3 19 2

5 Machines asynchrones

19 5

5.1 Symboles

19 5

5.2 Structure - Principes de fonctionnement

19 5

5.2.1 Structure

19 5

5.2.2 Principes de fonctionnement

19 7

5.2.3 Glissement - fréquences rotoriques

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