QCM : Moteurs électriques et chaîne d’énergie (19 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Dans une machine, les capteurs transmettent des mesures tandis qu’un moteur fournit le mouvement : quels flux relèvent respectivement de la chaîne d’information et de la chaîne d’énergie ?

L’énergie seule, puis les données et la matière
Les données, puis la matière seule
Les données, puis la matière et l’énergie
La matière et l’énergie, puis les données

Les données, puis la matière et l’énergie

Explication

La chaîne d’information traite les données, tandis que la chaîne d’énergie traite les flux de matière et d’énergie. Inverser les flux ou omettre la matière ou l’énergie confond le rôle respectif des chaînes.

2. Pour décrire la chaîne d’énergie d’un dispositif qui entraîne une pièce, quel ordre des fonctions faut-il suivre depuis l’arrivée de l’énergie jusqu’à l’action sur la pièce ?

Distribuer, alimenter, convertir, transmettre, agir
Alimenter, distribuer, transmettre, convertir, agir
Alimenter, distribuer, convertir, transmettre, agir
Alimenter, distribuer, convertir, agir, transmettre

Alimenter, distribuer, convertir, transmettre, agir

Explication

La chaîne suit les étapes alimenter, distribuer, convertir, transmettre, puis agir sur la matière d’œuvre. Placer la transmission avant la conversion, inverser les deux premières fonctions ou agir avant de transmettre altère cet ordre.

3. Une bobine traversée par un courant crée un champ magnétique : quelles autres sources de champ magnétique sont également présentes dans la nature ou dans les dispositifs étudiés ?

Les bobines et les forces mécaniques
Les aimants et les forces mécaniques
Le champ terrestre et les aimants
Le champ terrestre et les charges immobiles

Le champ terrestre et les aimants

Explication

Le champ magnétique est produit naturellement par le champ terrestre, par les aimants et par les courants électriques dans un conducteur ou une bobine. Les forces mécaniques et les charges immobiles ne remplacent pas ces sources.

4. Un fil conducteur parcouru par un courant est placé dans le champ magnétique d’un aimant : quelle interaction la loi de Laplace permet-elle de prévoir ?

Un mouvement produit par l’aimant seul
Un courant induit dans le conducteur
Une force exercée sur le conducteur
Un champ créé par le conducteur seul

Une force exercée sur le conducteur

Explication

Selon la loi de Laplace, un conducteur parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique subit une force. La création du champ, l’action du champ seul et l’apparition d’un courant induit ne décrivent pas cette loi.

5. Dans un moteur à courant continu, une spire alimentée est placée dans le champ des aimants permanents. Quel phénomène la met en rotation ?

Le champ magnétique crée directement un courant dans la spire.
Les forces de Laplace créent un couple sur la spire.
La force électromotrice entraîne directement la spire.
L’inversion du courant crée seule le couple sur la spire.

Les forces de Laplace créent un couple sur la spire.

Explication

Le champ magnétique traverse la spire alimentée et les forces de Laplace produisent le couple qui entraîne le rotor. Le champ seul ne constitue pas le mécanisme décrit, et l’inversion du courant sert à maintenir le sens de rotation.

6. Un rotor vient d’effectuer un demi-tour dans un moteur à courant continu. Quel rôle jouent alors les balais et le collecteur ?

Ils inversent le courant dans la spire pour conserver le sens de rotation.
Ils maintiennent le courant dans le même sens pour conserver la rotation.
Ils inversent le sens de rotation pour conserver le courant dans la spire.
Ils renforcent le champ magnétique pour conserver le courant dans la spire.

Ils inversent le courant dans la spire pour conserver le sens de rotation.

Explication

Les balais et le collecteur inversent le courant dans la spire à chaque demi-tour, ce qui maintient le même sens de rotation. Inverser la rotation ou renforcer le champ ne décrit pas cette fonction.

7. Pour un moteur continu dont la constante k1k_1 est inchangée, la vitesse angulaire Ω\Omega augmente. Comment évolue la force électromotrice EE ?

Elle reste constante lorsque la vitesse angulaire change.
Elle diminue proportionnellement à la vitesse angulaire.
Elle augmente proportionnellement au courant de l’induit.
Elle augmente proportionnellement à la vitesse angulaire.

Elle augmente proportionnellement à la vitesse angulaire.

Explication

La relation E=k1×ΩE = k_1 \times \Omega établit une proportionnalité entre la force électromotrice et la vitesse angulaire. La relation faisant intervenir le courant concerne le couple électromagnétique, et non la FEM.

8. Dans deux conditions de fonctionnement, la constante k2k_2 reste identique et le courant d’induit est plus élevé dans la seconde. Que peut-on conclure sur le couple électromagnétique ?

Il reste identique, car il dépend de la tension aux bornes.
Il est plus élevé, car il est proportionnel au courant d’induit.
Il dépend de la vitesse angulaire plutôt que du courant d’induit.
Il est plus faible, car il est inversement proportionnel au courant d’induit.

Il est plus élevé, car il est proportionnel au courant d’induit.

Explication

Le couple électromagnétique vérifie Ce=k2×ImC_e = k_2 \times I_m : à constante identique, une hausse du courant d’induit entraîne une hausse proportionnelle du couple. La vitesse intervient dans la relation de la FEM, pas dans celle du couple donnée ici.

9. Dans un moteur continu, la FEM EE et la chute de tension dans la résistance d’induit valent respectivement 18 V18\,\mathrm{V} et 4 V4\,\mathrm{V}. Quelle tension moteur UmU_m correspond à ces valeurs ?

4 V4\,\mathrm{V}
72 V72\,\mathrm{V}
14 V14\,\mathrm{V}
22 V22\,\mathrm{V}

$$22\,\mathrm{V}$$

Explication

L’équation électrique est Um=E+R×ImU_m = E + R \times I_m. La chute résistive étant déjà donnée, on calcule 18+4=22 V18 + 4 = 22\,\mathrm{V} ; la soustraction inverse le bilan et l’oubli de la FEM omet un terme.

10. Pour comparer le comportement d’un moteur continu à tension d’alimentation constante, quelles grandeurs relève-t-on en fonction du couple résistant ?

La tension d’alimentation, le courant d’induit, la puissance mécanique et le rendement
La vitesse, le couple moteur, la tension d’alimentation et la puissance électrique
La vitesse, le rendement, la puissance électrique et le courant d’induit
La vitesse, le rendement, la puissance électrique et la puissance mécanique

La vitesse, le rendement, la puissance électrique et la puissance mécanique

Explication

À tension d’alimentation constante, les courbes donnent la vitesse, le rendement et les puissances électrique et mécanique en fonction du couple résistant. Le courant d’induit ou la tension ne remplace pas cet ensemble de grandeurs caractéristiques.

11. Pour estimer la vitesse à vide et le couple de démarrage d’un moteur continu, quelle caractéristique faut-il exploiter ?

La caractéristique puissance mécanique-courant
La caractéristique puissance électrique-couple
La caractéristique rendement-couple
La caractéristique linéaire couple-vitesse

La caractéristique linéaire couple-vitesse

Explication

La caractéristique couple-vitesse est linéaire et permet de déterminer la vitesse à vide ainsi que le couple de démarrage. La courbe de rendement renseigne sur l’efficacité, tandis que les courbes de puissance décrivent les puissances en fonction du couple.

12. Une installation utilise un moteur asynchrone triphasé et doit aussi transporter une puissance importante : quel intérêt du triphasé répond à ces deux besoins ?

Il stabilise la tension continue et permet de créer des champs tournants
Il transporte davantage de puissance et crée des champs magnétiques fixes
Il transporte davantage de puissance et permet de créer des champs tournants
Il transporte davantage de puissance et alimente les moteurs synchrones

Il transporte davantage de puissance et permet de créer des champs tournants

Explication

Le triphasé permet de véhiculer davantage de puissance et de créer les champs magnétiques tournants à la base du fonctionnement des moteurs asynchrones triphasés. Un champ fixe ou une alimentation continue ne correspond pas à ces propriétés.

13. Dans un moteur asynchrone, trois bobines statoriques sont alimentées par des courants triphasés : quelle séquence explique la mise en rotation du rotor ?

Le rotor crée les champs variables qui se composent en un champ tournant dans le stator
Les bobines poussent mécaniquement le rotor avant la formation des champs variables
Les champs variables se composent en un champ tournant qui entraîne le rotor par force électromagnétique
Les champs variables se composent en un champ fixe qui entraîne le rotor par force électromagnétique

Les champs variables se composent en un champ tournant qui entraîne le rotor par force électromagnétique

Explication

Les courants triphasés produisent dans les trois bobines des champs variables dont la composition forme un champ tournant; celui-ci entraîne le rotor par une force électromagnétique. Dire que le rotor crée d’abord le champ inverse le mécanisme, et un champ fixe ne correspond pas au champ résultant décrit.

14. Un moteur alimenté à 60 Hz possède trois paires de pôles. Quelle est sa vitesse synchrone en tours par seconde ?

60 tr/s
20 tr/s
10 tr/s
180 tr/s

20 tr/s

Explication

La vitesse synchrone se calcule par ns=fpn_s = \frac{f}{p} ; ici, 60÷3=2060 \div 3 = 20 tr/s. La valeur 60 oublie la division, 180 multiplie au lieu de diviser, et 10 utilise six pôles au lieu de trois paires.

15. Dans un moteur triphasé, chaque phase comporte deux bobines. Combien de paires de pôles cela forme-t-il par phase ?

Deux paires de pôles
Une paire de pôles
Trois paires de pôles
Quatre paires de pôles

Deux paires de pôles

Explication

Deux bobines par phase forment quatre pôles, soit deux paires de pôles par phase. Une paire correspond à une bobine, tandis que quatre paires confondent le nombre de pôles avec celui des paires.

16. Quels sont les deux couplages possibles des trois bobines d’un moteur asynchrone triphasé ?

Série et triangle Δ
Monophasé et triphasé
Étoile Y et triangle Δ
Étoile Y et parallèle

Étoile Y et triangle Δ

Explication

Les trois bobines peuvent être raccordées en étoile Y ou en triangle Δ. La série et le parallèle désignent d’autres formes de connexion, tandis que monophasé et triphasé caractérisent l’alimentation.

17. Un moteur porte les indications 230/400 V et le réseau fournit 400 V entre phases. Quel couplage faut-il choisir ?

Le couplage triangle Δ
Le couplage triangle à 230 V
Le couplage étoile à 230 V
Le couplage étoile Y

Le couplage étoile Y

Explication

Lorsque la tension entre phases correspond à la plus grande tension indiquée sur la plaque, on choisit le couplage étoile Y. Le triangle correspond à la plus petite tension de plaque, ici 230 V.

18. Un moteur asynchrone triphasé fonctionne sous une tension entre phases de 400 V, avec un courant de phase de 8 A et un facteur de puissance de 0,75. Quelle puissance absorbe-t-il ?

400×8×0,75=2,40 kW400 \times 8 \times 0{,}75 = 2{,}40\ \text{kW}
4003×8×0,75≈1,39 kW\frac{400}{\sqrt{3}} \times 8 \times 0{,}75 \approx 1{,}39\ \text{kW}
3×400×8×0,75≈4,16 kW\sqrt{3} \times 400 \times 8 \times 0{,}75 \approx 4{,}16\ \text{kW}
3×400×(8+0,75)≈6,06 kW\sqrt{3} \times 400 \times (8 + 0{,}75) \approx 6{,}06\ \text{kW}

$$\sqrt{3} \times 400 \times 8 \times 0{,}75 \approx 4{,}16\ \text{kW}$$

Explication

La puissance absorbée triphasée se calcule avec Pa=3×U×I×cos⁡(φ)P_a = \sqrt{3} \times U \times I \times \cos(\varphi) ; ici, 3×400×8×0,75≈4,16 kW\sqrt{3} \times 400 \times 8 \times 0{,}75 \approx 4{,}16\ \text{kW}. La valeur de 2,40 kW omet le facteur triphasé, celle de 1,39 kW remplace la tension entre phases par la tension simple, et 6,06 kW additionne à tort le courant et le facteur de puissance.

19. Un moteur fournit un couple utile de 18 N·m à une vitesse angulaire de 150 rad/s. Quelle est sa puissance utile ?

18×150=2700 W18 \times 150 = 2700\ \text{W}
18150=0,12 W\frac{18}{150} = 0{,}12\ \text{W}
3×18×150≈4677 W\sqrt{3} \times 18 \times 150 \approx 4677\ \text{W}
18×1502=405 000 W18 \times 150^2 = 405\ 000\ \text{W}

$$18 \times 150 = 2700\ \text{W}$$

Explication

La puissance utile est le produit du couple utile par la vitesse angulaire : Pu=Cu×ΩP_u = C_u \times \Omega, soit 18×150=2700 W18 \times 150 = 2700\ \text{W}. Le résultat de 0,12 W inverse le rapport, 405 000 W élève la vitesse au carré, et 4677 W applique à tort le facteur triphasé de la puissance absorbée.

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Dans un système, quel flux la chaîne d’information traite-t-elle ?

Le flux de données.

Dans un système, quels flux la chaîne d’énergie traite-t-elle ?

Les flux de matière et d’énergie.

Dans quel ordre la chaîne d’énergie traite-t-elle les fonctions ?

Alimenter, distribuer, convertir, transmettre, puis agir sur la matière d’œuvre.

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