QCM : Machines à courant continu (45 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Dans une MCC pratique, comment les courants des conducteurs placés sous les pôles Nord et Sud sont-ils orientés pour que tous contribuent au couple ?

Courant uniquement sous le pôle Nord
Même sens sous le Nord et sens inverse sous le Sud
Même sens sous le Nord et sous le Sud
Sens inverse sous le Nord et le même sens sous le Sud

Même sens sous le Nord et sens inverse sous le Sud

Explication

Les conducteurs sous les deux pôles portent le même courant, mais en sens opposés, de sorte que chacun contribue au couple. Des courants de même sens sous les deux pôles ou l’inversion de l’orientation décrivent mal cette disposition, tandis que l’absence de courant sous un pôle exclurait une partie des conducteurs utiles.

2. Au démarrage d’un moteur à courant continu, quelle grandeur faut-il réduire pour limiter le courant d’armature et éviter un couple excessif pour les organes en rotation ?

La tension nominale de fonctionnement du moteur
La tension d’armature au-dessus de sa valeur nominale
La tension appliquée au circuit d’armature
Le courant appliqué au circuit d’excitation

La tension appliquée au circuit d’armature

Explication

Une tension d’armature inférieure à la tension nominale pendant le démarrage limite le courant et donc le couple, protégeant les organes mécaniques. La tension nominale est une valeur de fonctionnement, le courant d’excitation n’est pas la grandeur visée ici, et une tension supérieure augmenterait le risque de couple excessif.

3. Dans un moteur à courant continu, que désigne la force contre-électromotrice, aussi appelée « back emf » ?

Une force mécanique exercée sur le rotor
Une tension induite dans la machine
La tension fournie à l’armature par l’alimentation
Une force électromagnétique de retour

Une tension induite dans la machine

Explication

La force contre-électromotrice est une tension induite, et non une force mécanique. La force exercée sur le rotor confond les grandeurs électriques et mécaniques, la tension d’alimentation n’est pas la tension induite, et « force électromagnétique de retour » est une traduction incorrecte.

4. Dans une MCC, quelle partie crée le flux d’excitation principal ?

L’induit, ou circuit d’armature
Le circuit magnétique du stator
Le courant d’armature du rotor
L’inducteur, ou circuit d’excitation

L’inducteur, ou circuit d’excitation

Explication

L’inducteur, également appelé circuit d’excitation, crée le flux d’excitation principal de la machine. L’induit est la partie mobile et son courant produit aussi un flux, mais celui-ci est négligeable en première approximation; le circuit magnétique guide le flux plutôt qu’il ne le crée.

5. Dans une MCC, des bobines fixes parcourues par le courant d’excitation produisent un champ qui traverse le rotor. Quel est leur rôle ?

Créer le champ d’excitation traversant le rotor
Commuter le courant dans le circuit d’armature
Créer le champ principal par la rotation du rotor
Contrer la réaction d’induit par commutation

Créer le champ d’excitation traversant le rotor

Explication

Les enroulements inducteurs fixes sont parcourus par le courant d’excitation et créent le champ qui traverse le rotor. Les enroulements auxiliaires peuvent contrer la réaction d’induit, tandis que la commutation relève du collecteur et que le rotor ne crée pas le champ principal décrit ici.

6. Une MCC comporte deux paires de pôles. Quelle succession de polarités et quel nombre de pôles de chaque type correspondent à cette configuration ?

N–S, avec un pôle Nord et un pôle Sud
N–S–N–S, avec deux pôles Nord et deux pôles Sud
N–N–S–S, avec deux pôles Nord et deux pôles Sud
N–S–N–S, avec trois pôles Nord et un pôle Sud

N–S–N–S, avec deux pôles Nord et deux pôles Sud

Explication

Les pôles adjacents alternent en polarité; deux paires correspondent donc à deux pôles Nord et deux pôles Sud, par exemple N–S–N–S. La succession N–N–S–S ne respecte pas l’alternance, N–S ne représente qu’une paire, et la répartition de trois pôles Nord et un pôle Sud n’est pas celle de deux paires.

7. Quel comportement d’un matériau ferromagnétique représente le cycle d’hystérésis dans le plan B−HB-H ?

La variation de l’aimantation selon le temps
La variation du flux selon le courant d’excitation
Le comportement du matériau selon l’induction et l’excitation magnétiques
La variation du champ selon la position dans l’entrefer

Le comportement du matériau selon l’induction et l’excitation magnétiques

Explication

Le cycle d’hystérésis caractérise le comportement du matériau ferromagnétique dans le plan induction-excitation B−HB-H. La courbe d’aimantation seule, la relation flux-courant et la répartition spatiale du champ décrivent d’autres aspects.

8. Que représente la surface interne du cycle d’hystérésis d’un matériau ferromagnétique ?

Les pertes par hystérésis dissipées par unité de volume au cours du cycle
La réluctance du matériau mesurée sur le cycle
L’énergie totale stockée dans le circuit à la fin du cycle
Le flux magnétique maximal atteint pendant le cycle

Les pertes par hystérésis dissipées par unité de volume au cours du cycle

Explication

La surface interne du cycle correspond aux pertes par hystérésis dissipées dans le matériau par unité de volume lors du parcours du cycle. L’énergie stockée, le flux maximal et la réluctance ne sont pas représentés par cette surface.

9. Un ingénieur choisit le point de fonctionnement d’un matériau ferromagnétique et veut obtenir une utilisation optimale sans devoir augmenter fortement l’excitation pour gagner davantage en induction. Quelle zone doit-il privilégier ?

Le centre géométrique du cycle
Le coude de saturation
La zone de faible induction avant le coude
La zone de forte saturation après le coude

Le coude de saturation

Explication

Le coude de saturation est la zone d’utilisation optimale : en dessous, le matériau est sous-utilisé, tandis qu’au-delà, une forte hausse de l’excitation est nécessaire pour accroître l’induction. La zone de faible induction correspond à la sous-utilisation et la zone au-delà du coude demande une excitation accrue.

10. Un dispositif est constitué d’un chemin fermé principalement en matériau ferromagnétique, conçu pour guider le flux en le maintenant dans ce matériau. Comment le nomme-t-on ?

Un cycle d’hystérésis
Une bobine d’excitation
Un circuit magnétique
Un entrefer magnétique

Un circuit magnétique

Explication

Un circuit magnétique est un chemin fermé constitué principalement de matériau ferromagnétique qui guide le flux en le maintenant essentiellement dans ce matériau. Un entrefer est une partie non ferromagnétique du trajet, une bobine produit l’excitation et le cycle caractérise le matériau.

11. Sous un pôle, une machine possède N=120N=120 spires, un courant d’excitation de I=2 AI=2\,\text{A} et un entrefer de longueur δ=0,01 m\delta=0{,}01\,\text{m}. Avec μ0=4π×10−7 H/m\mu_0=4\pi\times10^{-7}\,\text{H/m}, quelle valeur approximative du champ d’induction prévoit la formule sous le pôle ?

7,54×10−3 T7{,}54\times10^{-3}\,\text{T}
1,51×10−4 T1{,}51\times10^{-4}\,\text{T}
1,51×10−2 T1{,}51\times10^{-2}\,\text{T}
3,02×10−2 T3{,}02\times10^{-2}\,\text{T}

$$1{,}51\times10^{-2}\,\text{T}$$

Explication

La formule donne B≈μ0NI2δ=(4π×10−7)(120)(2)2(0,01)≈1,51×10−2 TB\approx\frac{\mu_0NI}{2\delta}=\frac{(4\pi\times10^{-7})(120)(2)}{2(0{,}01)}\approx1{,}51\times10^{-2}\,\text{T}. Le résultat doublé oublie le facteur deux, la valeur trop faible inverse l’entrefer et la dernière valeur omet le courant.

12. En observant le champ d’induction autour des pôles d’une machine, quelle évolution faut-il prévoir lorsqu’on s’éloigne de la zone située sous un pôle ?

Le champ augmente rapidement lorsque le trajet du flux dans l’air s’allonge
Le champ change de signe dès que le trajet du flux dans l’air s’allonge
Le champ reste à peu près constant lorsque le trajet du flux dans l’air s’allonge
Le champ décroît rapidement lorsque le trajet du flux dans l’air s’allonge

Le champ décroît rapidement lorsque le trajet du flux dans l’air s’allonge

Explication

Le champ est à peu près constant et élevé sous les pôles, puis décroît rapidement à mesure que le trajet du flux dans l’air s’allonge. L’augmentation et la constance hors des pôles contredisent cette variation; l’inversion de signe relève plutôt de la symétrie entre côtés opposés.

13. Des conducteurs de longueur totale L=0,40 mL=0{,}40\,\text{m} se déplacent à v=5 m/sv=5\,\text{m/s} dans un champ uniforme B=0,60 TB=0{,}60\,\text{T}. Quelle tension induite apparaît à leurs bornes ?

1,2 V1{,}2\,\text{V}
0,60 V0{,}60\,\text{V}
0,24 V0{,}24\,\text{V}
3,0 V3{,}0\,\text{V}

$$1{,}2\,\text{V}$$

Explication

La relation est ΔV=BLv\Delta V=BLv, donc 0,60×0,40×5=1,2 V0{,}60\times0{,}40\times5=1{,}2\,\text{V}. La valeur 0,24 V0{,}24\,\text{V} omet la vitesse, 3,0 V3{,}0\,\text{V} omet la longueur et 0,60 V0{,}60\,\text{V} correspond à l’usage de la moitié de la longueur.

14. Un rotor est constitué de tôles isolées afin de limiter ses pertes fer. Quelle description de ces pertes est correcte ?

Elles réunissent les pertes par courants de Foucault et par hystérésis, toutes deux réduites à zéro par le feuilletage.
Elles proviennent de la seule hystérésis du matériau, les courants de Foucault étant absents dans un rotor feuilleté.
Elles correspondent aux pertes par effet Joule dans les conducteurs de l’armature, diminuées par l’isolation des tôles.
Elles réunissent les pertes par courants de Foucault et par hystérésis, les tôles freinant les premiers sans annuler les pertes.

Elles réunissent les pertes par courants de Foucault et par hystérésis, les tôles freinant les premiers sans annuler les pertes.

Explication

Les pertes fer comprennent les courants de Foucault et l’hystérésis; les tôles isolées entravent les courants de Foucault, mais les pertes ne disparaissent pas. L’effet Joule dans l’armature relève des pertes cuivre, et le feuilletage ne supprime ni toute perte ni l’hystérésis.

15. Dans une MCC, le flux est doublé tandis que la vitesse de rotation reste constante. Comment évolue la tension induite ?

Elle reste inchangée.
Elle est divisée par deux.
Elle est multipliée par quatre.
Elle est multipliée par deux.

Elle est multipliée par deux.

Explication

Comme Ea=KϕΩE_a=K\phi\Omega, à vitesse constante la tension est proportionnelle au flux : doubler le flux double la tension. La division par deux inverse la proportionnalité, le facteur quatre suppose une dépendance quadratique, et l’absence de variation néglige l’effet du flux.

16. Une spire en rotation produit une tension qui change de signe à chaque demi-tour. Que fait le collecteur pour que la tension mesurée aux connexions extérieures garde le même signe ?

Il conserve les connexions et les balais redressent directement la tension alternative.
Il permute les connexions lorsque le courant s’annule, indépendamment de la tension.
Il permute les connexions lorsque la tension passe par zéro, rétablissant le même signe en sortie.
Il inverse les connexions au maximum de tension, ce qui maintient le signe de sortie.

Il permute les connexions lorsque la tension passe par zéro, rétablissant le même signe en sortie.

Explication

Le collecteur permute les connexions de la spire au passage par zéro de sa tension; cette inversion de polarité rend le signe de sortie extérieur identique. Le maximum de tension n’est pas le moment de commutation, et les balais réalisent le contact sans redresser seuls le signal.

17. Lors du réglage d’une MCC, où faut-il placer les balais pour que les spires commutent lorsque leur tension passe par zéro ?

À l’angle de tension maximale, sous le centre d’un pôle.
Sur l’axe des pôles, là où le champ est maximal.
Sur l’axe du flux d’armature, quel que soit le champ résultant.
Sur l’axe neutre, entre deux pôles successifs, là où le champ est nul.

Sur l’axe neutre, entre deux pôles successifs, là où le champ est nul.

Explication

Les balais sont placés sur l’axe neutre, entre deux pôles successifs, afin que la commutation ait lieu lorsque la tension de la spire passe par zéro. L’axe des pôles correspond au champ maximal, et non au champ nul.

18. À grande vitesse, une MCC présente des étincelles au contact entre balais et collecteur. Quel mécanisme explique ce phénomène et sa conséquence ?

Le courant garde son sens pendant un demi-tour, ce qui supprime les étincelles mais réduit le couple à grande vitesse.
L’inversion du courant est instantanée, mais les courants de Foucault produisent des étincelles qui limitent la vitesse.
L’inversion du courant dans une spire prend du temps, ce qui peut provoquer des étincelles et limiter la vitesse maximale.
La tension de la spire passe par zéro trop lentement, ce qui augmente les pertes par hystérésis et limite la vitesse.

L’inversion du courant dans une spire prend du temps, ce qui peut provoquer des étincelles et limiter la vitesse maximale.

Explication

L’inversion du courant pendant la commutation nécessite un certain temps; elle peut provoquer des étincelles au contact balai-collecteur et limiter la vitesse maximale. Des courants de Foucault sont associés aux pertes fer, non à ce mécanisme de commutation.

19. Un schéma de bobinage met en série des spires situées dans des encoches voisines. De quel type de bobinage s’agit-il ?

Un bobinage ondulé, reliant des spires d’encoches voisines.
Un bobinage ondulé, reliant des spires d’un même pôle.
Un bobinage imbriqué, reliant des spires d’encoches voisines.
Un bobinage imbriqué, reliant des spires qui passent sous différents pôles.

Un bobinage imbriqué, reliant des spires d’encoches voisines.

Explication

Le bobinage imbriqué met en série des spires d’encoches voisines; le bobinage ondulé relie des spires qui passent successivement sous différents pôles. La confusion entre ces critères conduit à inverser les deux types.

20. Dans une machine, une réaction d’induit importante déforme le champ et réduit le flux utile. Quelle combinaison de conséquences peut en résulter ?

Instabilité mécanique, hausse de Ea et réduction du risque de claquage entre lames adjacentes
Stabilité mécanique accrue, baisse de Ea et diminution de la résistance des contacts
Instabilité mécanique, baisse de Ea et risque de claquage entre lames adjacentes
Stabilité mécanique accrue, hausse de Ea et risque de claquage entre lames adjacentes

Instabilité mécanique, baisse de Ea et risque de claquage entre lames adjacentes

Explication

La réaction d’induit peut diminuer le flux utile, ce qui favorise l’instabilité mécanique et la baisse de Ea; la déformation locale du champ peut aussi entraîner un claquage entre lames adjacentes. Une hausse de Ea inverse l’effet indiqué, tandis qu’une variation de résistance de contact ne correspond pas à ces conséquences.

21. Pour réduire les effets de la réaction d’induit, une machine reçoit des enroulements de compensation. Quel montage et quel effet leur correspondent ?

Parcourus par le courant d’armature, ils créent près du rotor un champ concordant qui renforce ses effets
Parcourus par le courant d’excitation, ils créent près du rotor un champ opposé qui réduit partiellement ses effets
Parcourus par le courant d’armature, ils créent sur le rotor un champ opposé qui annule totalement ses effets
Parcourus par le courant d’armature, ils créent près du rotor un champ opposé qui réduit partiellement ses effets

Parcourus par le courant d’armature, ils créent près du rotor un champ opposé qui réduit partiellement ses effets

Explication

Les enroulements de compensation sont parcourus par le courant d’armature et produisent, près du rotor, un champ opposé qui compense partiellement celui de l’armature. Un champ concordant renforce la réaction, le courant d’excitation n’est pas le courant décrit, et l’action n’est pas une annulation totale.

22. Lors d’une commutation, le balai quitte la lame 1 et vient toucher la lame 2. Comment évolue alors le courant dans la spire ABCDF entre ses états initial et final ?

Il passe de A vers F à F vers A
Il reste orienté de F vers A
Il passe de F vers A à A vers F
Il reste orienté de A vers F

Il passe de F vers A à A vers F

Explication

Quand le balai touche la lame 1, le courant circule de F vers A; au contact de la lame 2, il circule de A vers F. L’inversion des états confond leur ordre, et les deux réponses où le sens reste inchangé oublient que la commutation inverse le courant.

23. Dans le modèle de commutation, à l’instant t=T2t=\frac{T}{2}, avec RB=2 ΩR_B=2\,\Omega, quelles sont les résistances de contact calculées avec les relations du modèle ?

R1=4 ΩR_1=4\,\Omega et R2=2 ΩR_2=2\,\Omega
R1=2 ΩR_1=2\,\Omega et R2=4 ΩR_2=4\,\Omega
R1=4 ΩR_1=4\,\Omega et R2=4 ΩR_2=4\,\Omega
R1=2 ΩR_1=2\,\Omega et R2=2 ΩR_2=2\,\Omega

$$R_1=4\,\Omega$$ et $$R_2=4\,\Omega$$

Explication

En remplaçant tt par T/2T/2, on obtient R1=RBT/(T−T/2)=2RB=4 ΩR_1=R_B T/(T-T/2)=2R_B=4\,\Omega et R2=RBT/(T/2)=2RB=4 ΩR_2=R_B T/(T/2)=2R_B=4\,\Omega. Les valeurs de 2 Ω omettent le facteur deux, tandis que les résultats dissymétriques proviennent d’une substitution ou d’une inversion incorrecte.

24. En fin de commutation, une spire présente une tension positive E qui s’oppose à l’inversion du courant. Quel risque augmente si l’inversion devient trop rapide ?

Une forte tension liée à l’inductance et une disparition de l’arc au contact
Une hausse de Ea et un claquage entre lames adjacentes du collecteur
Une faible tension liée à l’inductance et un arc au contact balai-collecteur
Une forte tension liée à l’inductance et un arc au contact balai-collecteur

Une forte tension liée à l’inductance et un arc au contact balai-collecteur

Explication

La tension E s’oppose à l’inversion et la ralentit; si le courant s’inverse trop rapidement en fin de commutation, l’inductance de la spire peut produire une forte tension et un arc au contact. Une inversion rapide ne réduit pas la tension inductive, et la hausse de Ea avec le claquage relève d’autres effets de la réaction d’induit.

25. Pour agir sur le champ au niveau d’une spire en commutation, où place-t-on les pôles auxiliaires et quel rôle leur donne-t-on ?

Entre les pôles principaux, parcourus par le courant d’armature, pour opposer un champ à la réaction d’induit
Entre les pôles principaux, parcourus par le courant d’armature, pour renforcer la réaction d’induit
En bordure des pôles principaux, parcourus par le courant d’armature, pour opposer un champ à la réaction d’induit
Entre les pôles principaux, parcourus par le courant d’excitation, pour opposer un champ à la réaction d’induit

Entre les pôles principaux, parcourus par le courant d’armature, pour opposer un champ à la réaction d’induit

Explication

Les pôles auxiliaires se trouvent entre les pôles principaux et sont parcourus par le courant d’armature; leur champ s’oppose à la réaction d’induit au niveau de la spire en commutation. La bordure des pôles correspond au placement des enroulements de compensation, tandis qu’un champ renforçant ou le courant d’excitation ne décrit pas leur rôle indiqué.

26. Une génératrice tourne à vitesse constante pendant un essai avec son circuit d’armature ouvert. Quelle grandeur permet alors de tracer sa caractéristique à vide en fonction du courant d’excitation ?

La tension de sortie, diminuée par la chute interne
Le courant d’armature, égal au courant d’excitation
La tension d’armature, égale à la force électromotrice
La force électromotrice, mesurée en fonction du courant d’armature

La tension d’armature, égale à la force électromotrice

Explication

À vide, le courant d’armature est nul, donc la tension d’armature est égale à la force électromotrice; la caractéristique mesure cette tension selon le courant d’excitation. La caractéristique en charge implique un courant d’armature, le courant d’armature n’est pas le courant d’excitation, et la chute interne est nulle à vide.

27. Une génératrice à excitation indépendante fournit un courant d’armature IaI_a. Si l’on néglige la réaction d’induit, quelle expression donne sa tension de sortie ?

U=Ea(Ie)+RaIaU=E_a(I_e)+R_a I_a
U=Ea(Ie)−RaIeU=E_a(I_e)-R_a I_e
U=Ea(Ie)U=E_a(I_e)
U=Ea(Ie)−RaIaU=E_a(I_e)-R_a I_a

$$U=E_a(I_e)-R_a I_a$$

Explication

La tension de sortie est la force électromotrice diminuée de la chute dans la résistance d’armature, soit U=Ea(Ie)−RaIaU=E_a(I_e)-R_a I_a. Le signe plus inverse la chute, l’omission de la résistance néglige cette chute, et employer IeI_e à sa place confond les courants d’excitation et d’armature.

28. Dans une génératrice shunt, une charge demande un courant de sortie plus élevé. Quelle évolution explique l’accentuation de la baisse de tension ?

La chute diminue, la tension baisse, puis l’excitation et la force électromotrice diminuent
La chute augmente, la tension baisse, puis l’excitation et la force électromotrice diminuent
La chute augmente, la tension baisse, puis l’excitation et la force électromotrice augmentent
La chute augmente, la tension monte, puis l’excitation et la force électromotrice diminuent

La chute augmente, la tension baisse, puis l’excitation et la force électromotrice diminuent

Explication

Une hausse du courant de sortie augmente la chute résistive et réduit la tension; dans une génératrice shunt, cela diminue ensuite le courant d’excitation et la force électromotrice, renforçant la baisse. La chute ne diminue pas, l’excitation ne monte pas dans cette chaîne, et la tension ne monte pas.

29. Pour établir le bilan énergétique d’une génératrice à excitation indépendante, quelles sont les deux puissances fournies à la machine ?

La puissance électrique d’excitation VeIeV_e I_e et la puissance convertie CemΩC_{em}\Omega
La puissance électrique d’excitation VeIeV_e I_e et la puissance mécanique d’arbre CarΩC_{ar}\Omega
La puissance électrique d’armature VaIaV_a I_a et la puissance mécanique d’arbre CarΩC_{ar}\Omega
La puissance mécanique d’arbre CarΩC_{ar}\Omega et la puissance électrique produite EaIaE_a I_a

La puissance électrique d’excitation $$V_e I_e$$ et la puissance mécanique d’arbre $$C_{ar}\Omega$$

Explication

Les entrées sont la puissance électrique fournie à l’enroulement d’excitation, VeIeV_e I_e, et la puissance mécanique fournie à l’arbre, CarΩC_{ar}\Omega. VaIaV_a I_a et EaIaE_a I_a sont des puissances du côté de l’armature, tandis que CemΩC_{em}\Omega correspond à la puissance convertie, pas à la puissance mécanique fournie à l’arbre.

30. Après prise en compte des pertes mécaniques, une génératrice convertit une puissance mécanique en puissance électrique dans l’armature. Quelle égalité relie cette puissance électrique au couple électromagnétique ?

EaIa=CemΩE_a I_a=C_{em}\Omega
EaIa=CarΩE_a I_a=C_{ar}\Omega
EaIa=CemE_a I_a=C_{em}
VaIa=CemΩV_a I_a=C_{em}\Omega

$$E_a I_a=C_{em}\Omega$$

Explication

La puissance électrique produite dans l’armature est égale à la puissance mécanique convertie après les pertes mécaniques : EaIa=CemΩE_a I_a=C_{em}\Omega. CarC_{ar} désigne le couple appliqué à l’arbre, VaIaV_a I_a correspond à la puissance aux bornes, et une puissance mécanique inclut le facteur de vitesse Ω\Omega.

31. Un moteur shunt fonctionne à flux et tension d’armature constants. Si son courant d’armature augmente, quelle relation décrit sa vitesse ?

N=Vakϕ−RakϕN=\frac{V_a}{k\phi}-\frac{R_a}{k\phi}
N=N0N=N_0
N=N0−RaIakϕN=N_0-\frac{R_a I_a}{k\phi}
N=N0+RaIakϕN=N_0+\frac{R_a I_a}{k\phi}

$$N=N_0-\frac{R_a I_a}{k\phi}$$

Explication

À flux et tension constants, la chute résistive RaIaR_a I_a réduit la vitesse par rapport à la vitesse à vide N0N_0. L’option sans chute l’ignore, celle avec un signe positif inverse son effet, et la dernière omet le courant dans le terme résistif.

32. Une charge mécanique est progressivement accrue sur un moteur shunt en fonctionnement normal. Quel comportement de vitesse est attendu ?

Une forte diminution, avec une vitesse très sensible à la charge
Une faible diminution, avec une vitesse qui reste assez stable
Une forte augmentation, avec une vitesse qui suit la charge
Une vitesse constante, sans variation lorsque la charge change

Une faible diminution, avec une vitesse qui reste assez stable

Explication

La vitesse d’un moteur shunt diminue faiblement avec le courant d’armature et reste relativement stable sur une large plage de fonctionnement. Une forte variation évoque une autre caractéristique, tandis qu’une hausse ou une absence totale de variation ne correspond pas à cette faible décroissance.

33. Pour accélérer un moteur shunt, la tension d’armature est déjà à sa valeur nominale. Quelle action permet alors d’augmenter encore la vitesse ?

Augmenter encore la tension d’armature
Augmenter le flux d’excitation
Réduire la tension d’armature
Diminuer le flux d’excitation

Diminuer le flux d’excitation

Explication

La vitesse peut d’abord être accrue en augmentant la tension d’armature jusqu’à sa valeur nominale, puis en diminuant le flux. Continuer à augmenter la tension dépasse cette étape, tandis qu’accroître le flux ou réduire la tension va dans le sens opposé à l’augmentation recherchée.

34. Un moteur série non saturé fonctionne avec des chutes résistives négligées. Si son courant d’armature double, comment évolue approximativement sa vitesse selon le modèle donné ?

Elle est approximativement divisée par quatre
Elle est approximativement divisée par deux
Elle est approximativement multipliée par deux
Elle reste approximativement inchangée

Elle est approximativement divisée par deux

Explication

Avec N≈VkLeIaN\approx\frac{V}{kL_e I_a}, la vitesse varie en raison inverse du courant : doubler IaI_a la divise par deux. La multiplication par deux inverse la relation, la division par quatre applique à tort une dépendance quadratique, et une vitesse inchangée néglige le courant.

35. Dans un moteur série où l’hypothèse ϕ=LeIa\phi=L_e I_a est valable, le courant d’armature est multiplié par trois. Par quel facteur le couple électromagnétique est-il multiplié ?

Trois
Neuf
Vingt-sept
Un tiers

Neuf

Explication

Puisque Cem=KLeIa2C_{em}=K L_e I_a^2, multiplier le courant par trois multiplie le couple par 32=93^2=9. Le facteur trois oublie le carré, un tiers inverse la dépendance, et vingt-sept applique une puissance trois.

36. Un opérateur prévoit de faire tourner un moteur série désaccouplé de toute charge mécanique. Quel risque doit-il prendre en compte ?

Une baisse de vitesse pouvant conduire à l’arrêt
Un emballement pouvant conduire à une survitesse
Une vitesse stable comparable à celle d’un moteur shunt
Une augmentation de charge mécanique pouvant freiner le moteur

Un emballement pouvant conduire à une survitesse

Explication

Un moteur série doit rester accouplé à une charge : à vide, il peut s’emballer et atteindre une survitesse. La baisse de vitesse et la stabilité à vide ne décrivent pas ce risque, et un moteur désaccouplé n’a pas d’augmentation de charge mécanique.

37. Dans un moteur compound, la réaction d’induit tend à démagnétiser la machine lorsque le courant d’armature augmente. Quel rôle joue alors l’enroulement d’excitation série ?

Il ajoute un flux qui renforce la démagnétisation due à la réaction d’induit
Il ajoute un flux lié au courant d’armature et compense la démagnétisation
Il réduit la tension d’armature afin de compenser la démagnétisation
L’enroulement shunt ajoute le flux qui compense la démagnétisation

Il ajoute un flux lié au courant d’armature et compense la démagnétisation

Explication

Dans un moteur compound, l’enroulement série apporte un flux lié au courant d’armature qui compense la démagnétisation due à la réaction d’induit et stabilise la machine. Renforcer cette démagnétisation inverse son rôle, la tension d’armature n’est pas le mécanisme décrit, et la compensation est attribuée ici à l’enroulement série.

38. Dans un moteur série alimenté en alternatif, pourquoi le couple conserve-t-il une valeur moyenne non nulle ?

Parce qu’il est proportionnel à la vitesse seule
Parce qu’il est proportionnel à la dérivée du courant
Parce qu’il est proportionnel au carré du courant
Parce qu’il est proportionnel au courant instantané

Parce qu’il est proportionnel au carré du courant

Explication

Le carré du courant garde le même signe, même lorsque le courant alternatif change de sens, ce qui permet au couple d’avoir une moyenne non nulle. La dépendance linéaire suivrait l’alternance, la dérivée du courant n’est pas la relation donnée et la vitesse seule ne rend pas compte de ce mécanisme.

39. Un moteur à courant continu est mis sous tension nominale alors qu’il est immobile. Quelle situation électrique caractérise son démarrage ?

La force contre-électromotrice est nulle et le courant, limité principalement par l’excitation, reste proche de sa valeur nominale
La force contre-électromotrice est nominale et le courant, limité principalement par l’excitation, peut atteindre environ dix fois sa valeur nominale
La force contre-électromotrice est nominale et le courant, limité principalement par l’armature, reste proche de sa valeur nominale
La force contre-électromotrice est nulle et le courant, limité principalement par l’armature, peut atteindre environ dix fois sa valeur nominale

La force contre-électromotrice est nulle et le courant, limité principalement par l’armature, peut atteindre environ dix fois sa valeur nominale

Explication

À l’arrêt, la vitesse est nulle et la force contre-électromotrice est donc nulle ; sous tension nominale, la faible résistance d’armature limite principalement le courant, qui peut atteindre environ dix fois le courant nominal. La force contre-électromotrice nominale suppose une vitesse établie, l’excitation n’est pas la limitation principale décrite et un courant proche du nominal sous-estime le courant de démarrage.

40. Lorsqu’un moteur à courant continu démarre avec un courant d’armature excessif, quels risques principaux en résultent ?

Un échauffement réduit de l’armature et un couple pouvant endommager les organes mécaniques
Un échauffement accru de l’armature et un couple pouvant endommager les organes mécaniques
Un échauffement accru de l’armature et un couple qui protège les organes mécaniques
Une hausse de la force contre-électromotrice et un couple qui protège les organes mécaniques

Un échauffement accru de l’armature et un couple pouvant endommager les organes mécaniques

Explication

Un courant élevé augmente les pertes Joule et l’échauffement de l’armature ; il entraîne aussi un couple qui peut dépasser ce que les organes mécaniques supportent. La baisse d’échauffement inverse l’effet des pertes, tandis que le couple élevé ne protège pas la mécanique et que la hausse de force contre-électromotrice n’est pas le risque décrit.

41. Pour démarrer un moteur à courant continu en limitant le courant, quelle séquence faut-il appliquer à la tension d’armature ?

Commencer sous la tension nominale, puis l’augmenter progressivement jusqu’au régime nominal
Commencer à la tension nominale, puis la diminuer progressivement jusqu’au régime nominal
Commencer sous la tension nominale, puis la diminuer progressivement jusqu’au régime nominal
Commencer sous la tension nominale et la maintenir à ce niveau pendant le régime nominal

Commencer sous la tension nominale, puis l’augmenter progressivement jusqu’au régime nominal

Explication

Une tension d’armature initialement inférieure à la tension nominale limite le courant de démarrage ; on l’augmente ensuite progressivement jusqu’au régime nominal. Démarrer à la tension nominale ne limite pas le courant, la diminuer aggrave l’écart et la maintenir basse ne permet pas d’atteindre la tension nominale.

42. Un moteur à courant continu tourne à la vitesse angulaire Ω\Omega pendant un freinage dynamique. Quelle configuration et quelle expression du courant d’armature correspondent à ce freinage, avec une résistance de dissipation RR ?

Armature reliée à la résistance, excitation alimentée, Ia=−Va+KϕΩRa+RI_a=-\frac{V_a+K\phi\Omega}{R_a+R}
Armature reliée à la source, excitation alimentée, Ia=Va+KϕΩRa+RI_a=\frac{V_a+K\phi\Omega}{R_a+R}
Armature reliée à la résistance, excitation coupée, Ia=KϕΩRa+RI_a=\frac{K\phi\Omega}{R_a+R}
Armature reliée à la résistance, excitation alimentée, Ia=KϕΩRa+RI_a=\frac{K\phi\Omega}{R_a+R}

Armature reliée à la résistance, excitation alimentée, $$I_a=\frac{K\phi\Omega}{R_a+R}$$

Explication

En freinage dynamique, l’armature est déconnectée de son alimentation et reliée à la résistance, tandis que l’excitation reste alimentée; le courant vaut Ia=KϕΩRa+RI_a=\frac{K\phi\Omega}{R_a+R}. Couper l’excitation confond la configuration avec un flux maintenu, garder la source reprend l’alimentation normale, et l’expression négative correspond au freinage par inversion.

43. Un moteur tourne encore à la vitesse Ω\Omega alors que la polarité de sa source est inversée; une résistance RR limite le courant d’armature. Quelle expression décrit ce courant ?

Ia=KϕΩRa+RI_a=\frac{K\phi\Omega}{R_a+R}
Ia=−Va+KϕΩRa+RI_a=-\frac{V_a+K\phi\Omega}{R_a+R}
Ia=−Va+KϕΩRa+RI_a=-\frac{V_a+K\phi\Omega}{R_a} + R
Ia=−VaRa+RI_a=-\frac{V_a}{R_a+R}

$$I_a=-\frac{V_a+K\phi\Omega}{R_a+R}$$

Explication

Avec l’inversion de polarité, la tension de source et la force contre-électromotrice contribuent au courant, limité par Ra+RR_a+R, d’où Ia=−Va+KϕΩRa+RI_a=-\frac{V_a+K\phi\Omega}{R_a+R}. Omettre la force contre-électromotrice néglige la rotation, le signe positif reprend le freinage dynamique et placer RR hors du dénominateur ne représente pas la résistance de limitation en série.

44. Lors d’un freinage par inversion de polarité, le moteur approche de l’arrêt alors que la résistance de limitation reste branchée. Quelle conduite évite qu’il ne reparte en sens inverse ?

Retirer la résistance de limitation juste avant l’arrêt
Déconnecter la machine dès qu’elle atteint l’arrêt
Conserver la polarité inversée après l’arrêt
Maintenir la machine connectée jusqu’à l’annulation du courant

Déconnecter la machine dès qu’elle atteint l’arrêt

Explication

La résistance limite le courant, mais celui-ci ne tombe pas à zéro avant l’arrêt; le couple peut donc entraîner le moteur en sens inverse si la machine reste connectée. Attendre l’annulation du courant suppose à tort qu’elle survient avant l’arrêt, maintenir l’inversion favorise le redémarrage inverse et retirer la résistance supprime la limitation du courant.

45. Un moteur série alimenté par un courant alternatif de fréquence 50 Hz présente un couple oscillant. À quelle fréquence ce couple varie-t-il, et quelle conséquence cela entraîne-t-il sans exclure les applications autres que domestiques de faible puissance ?

À 100 Hz, avec des vibrations qui ne le réservent pas aux faibles puissances domestiques
À 50 Hz, avec des vibrations qui ne le réservent pas aux faibles puissances domestiques
À 150 Hz, avec des vibrations qui ne le réservent pas aux faibles puissances domestiques
À 100 Hz, avec des vibrations qui le réservent aux faibles puissances domestiques

À 100 Hz, avec des vibrations qui ne le réservent pas aux faibles puissances domestiques

Explication

Le couple oscille à deux fois la fréquence d’alimentation : pour 50 Hz, cela donne 100 Hz, et ces oscillations provoquent des vibrations. Ces vibrations ne signifient pas que le moteur est limité aux applications domestiques de faible puissance ; 50 Hz confond la fréquence du couple avec celle de l’alimentation, 150 Hz applique un facteur trois, et la restriction aux faibles puissances contredit le fait qu’elle n’est pas imposée.

Révisez avec les flashcards

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Dans une MCC pratique, comment les courants sous les pôles Nord et Sud sont-ils orientés pour produire le couple ?

Ils circulent en sens opposés sous les deux pôles.

Pourquoi limite-t-on la tension d’armature au démarrage d’un moteur à courant continu ?

Pour éviter un courant et un couple dépassant la résistance mécanique des organes en rotation.

Que désigne la force contre-électromotrice dans une MCC ?

Une tension induite, et non une force mécanique.

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