QCM : Transformateurs électriques monophasés (51 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Concernant le rôle et la destination des transformateurs, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

À puissance transmise égale, relever la tension réduit le courant dans la ligne de transport.
Une tension de transport plus élevée permet de réduire la section nécessaire des conducteurs.
Un transformateur est un appareil électromagnétique statique qui agit sur un courant alternatif.
La fréquence du courant alternatif reste la même après sa transformation par l’appareil.
Pour une même puissance transportée, relever la tension diminue les pertes de puissance.

À puissance transmise égale, relever la tension réduit le courant dans la ligne de transport. · Une tension de transport plus élevée permet de réduire la section nécessaire des conducteurs. · Un transformateur est un appareil électromagnétique statique qui agit sur un courant alternatif. · La fréquence du courant alternatif reste la même après sa transformation par l’appareil. · Pour une même puissance transportée, relever la tension diminue les pertes de puissance.

Explication

Le transformateur est statique et transforme un courant alternatif en courant alternatif de même fréquence. À puissance égale, une tension de transport plus élevée réduit le courant, la section des conducteurs et les pertes.

2. Dans le parcours d’énergie décrit, la centrale fournit 6 kV et le réseau de transport fonctionne à haute tension. Parmi les propositions suivantes concernant ce parcours, lesquelles sont exactes ?

Dans le poste de transformation, la tension est abaissée vers une valeur comprise entre 6 et 35 kV.
Le poste de transformation élève la tension du réseau jusqu’à 35–500 kV avant la distribution.
Les transformateurs monophasés et triphasés constituent deux catégories distinguées dans le cours.
La transformation chez les consommateurs intervient avant le passage dans le poste de transformation.
À la sortie de la centrale, le transformateur élève la tension de 6 kV vers 35–500 kV.

Dans le poste de transformation, la tension est abaissée vers une valeur comprise entre 6 et 35 kV. · Les transformateurs monophasés et triphasés constituent deux catégories distinguées dans le cours. · À la sortie de la centrale, le transformateur élève la tension de 6 kV vers 35–500 kV.

Explication

La tension passe de 6 kV à 35–500 kV à la sortie de la centrale, puis est abaissée à 6–35 kV au poste; une troisième transformation a lieu chez les consommateurs. Les catégories citées sont monophasée et triphasée, tandis que le poste abaisse la tension et que la transformation chez les consommateurs intervient après lui.

3. À propos de la construction des transformateurs, quelles sont les propositions exactes ?

Dans un transformateur cuirassé, le noyau entoure les bobinages.
Le noyau constitue le circuit magnétique et améliore le couplage entre les enroulements HT et BT.
Des tôles minces d’acier magnétique, isolées par du vernis, forment le noyau feuilleté.
Un noyau à colonnes comprend deux colonnes entourées d’enroulements et des culasses de fermeture.
Le feuilletage du noyau vise principalement à augmenter le couplage entre les enroulements.

Dans un transformateur cuirassé, le noyau entoure les bobinages. · Le noyau constitue le circuit magnétique et améliore le couplage entre les enroulements HT et BT. · Des tôles minces d’acier magnétique, isolées par du vernis, forment le noyau feuilleté. · Un noyau à colonnes comprend deux colonnes entourées d’enroulements et des culasses de fermeture.

Explication

Le noyau forme le circuit magnétique et améliore le couplage; dans le type cuirassé, il entoure les bobinages. Le noyau à colonnes comprend deux colonnes et des culasses, et son feuilletage en tôles vernies réduit les pertes, plutôt que d’augmenter le couplage.

4. Un transformateur à colonnes est assemblé pour alimenter une charge basse tension. Concernant ses enroulements et leur repérage :

L’enroulement BT comporte peu de spires et un fil de forte section pour son intensité élevée.
L’enroulement primaire est celui qui est connecté à la source d’énergie.
L’enroulement HT comporte moins de spires et un fil de plus forte section que l’enroulement BT.
Côté HT, la borne X repère le début de l’enroulement et A en repère la fin.
L’enroulement BT est placé près du noyau et séparé de celui-ci par un cylindre isolant.

L’enroulement BT comporte peu de spires et un fil de forte section pour son intensité élevée. · L’enroulement primaire est celui qui est connecté à la source d’énergie. · L’enroulement BT est placé près du noyau et séparé de celui-ci par un cylindre isolant.

Explication

L’enroulement BT possède peu de spires et un fil de forte section; dans la construction décrite, il est près du noyau et isolé par un cylindre. Le primaire est connecté à la source. Côté HT, A est le début et X la fin; l’enroulement HT comporte davantage de spires et un fil plus fin.

5. Un transformateur présente U1=220 VU_1=220\,\text{V} et U2=110 VU_2=110\,\text{V}. Parmi les propositions suivantes concernant ses grandeurs et son fonctionnement, lesquelles sont exactes ?

La condition U1>U2U_1>U_2 caractérise un transformateur élévateur.
L’enroulement secondaire fournit de l’énergie à un circuit extérieur.
La grandeur U2U_2 est une grandeur primaire, car elle est associée à la tension.
Comme U1>U2U_1>U_2, ce transformateur fonctionne en abaisseur.
La grandeur I1I_1 est une grandeur secondaire, car elle est associée au courant.

L’enroulement secondaire fournit de l’énergie à un circuit extérieur. · Comme $$U_1>U_2$$, ce transformateur fonctionne en abaisseur.

Explication

Puisque 220 V>110 V220\,\text{V}>110\,\text{V}, le transformateur est abaisseur : la condition U1>U2U_1>U_2 correspond à un fonctionnement abaisseur, et non élévateur. Le secondaire fournit l’énergie au circuit extérieur. L’indice 2 désigne une grandeur secondaire, y compris pour la tension U2U_2, tandis que l’indice 1 désigne une grandeur primaire comme I1I_1. Le primaire est relié à la source d’énergie.

6. Une tension alternative est appliquée au primaire d’un transformateur. Concernant les phénomènes et grandeurs qui en résultent :

Le courant primaire crée un flux magnétique principal dans le noyau ainsi que des flux de dispersion.
La force magnétisante secondaire se calcule par F2=i1N2F_2=i_1N_2.
Le flux principal variable induit une force électromotrice dans chacun des deux enroulements.
Pour i1=2 Ai_1=2\,\text{A} et N1=50N_1=50, la force magnétisante primaire vaut F1=100F_1=100.
La force électromotrice secondaire s’écrit e2=+N2dΦdte_2=+N_2\frac{d\Phi}{dt}.

Le courant primaire crée un flux magnétique principal dans le noyau ainsi que des flux de dispersion. · Le flux principal variable induit une force électromotrice dans chacun des deux enroulements. · Pour $$i_1=2\,\text{A}$$ et $$N_1=50$$, la force magnétisante primaire vaut $$F_1=100$$.

Explication

Le courant primaire engendre un flux principal dans le noyau et des flux de dispersion; un flux principal variable induit une force électromotrice dans les deux enroulements. Le calcul donne F1=i1N1=2×50=100F_1=i_1N_1=2\times50=100. La force secondaire utilise i2N2i_2N_2, et la force électromotrice secondaire porte le signe négatif : e2=−N2dΦdte_2=-N_2\frac{d\Phi}{dt}.

7. Un transformateur monophasé délivre sa puissance apparente nominale à pleine charge. Quelles propositions concernant les puissances et les conversions d’énergie sont exactes ?

Le primaire transforme l’énergie électrique reçue en énergie du champ magnétique.
Le secondaire transforme l’énergie du champ magnétique en énergie électrique fournie au réseau.
À pleine charge, la puissance apparente secondaire est sensiblement supérieure à la puissance apparente primaire.
À pleine charge, la puissance apparente primaire est sensiblement inférieure à la puissance apparente secondaire.
À pleine charge, l’égalité des puissances apparentes s’écrit S1=U1I2≈S2=U2I1S_1=U_1I_2\approx S_2=U_2I_1.

Le primaire transforme l’énergie électrique reçue en énergie du champ magnétique.

Explication

Le primaire convertit l’énergie électrique reçue en énergie du champ magnétique, puis le secondaire reconvertit cette énergie en énergie électrique destinée à la charge. À pleine charge, S1=U1I1≈S2=U2I2S_1=U_1I_1\approx S_2=U_2I_2; les propositions qui attribuent une puissance supérieure à l’un des côtés, échangent les courants dans l’expression des puissances ou dirigent l’énergie électrique secondaire vers le réseau sont inexactes.

8. Lors d’un essai à vide, le secondaire d’un transformateur reste ouvert et une tension nominale est appliquée au primaire. Parmi les propositions suivantes, lesquelles sont exactes ?

Le primaire reçoit sa tension nominale alors que le circuit secondaire demeure ouvert.
L’impédance primaire s’écrit Z1=R1+X1Z_1=R_1+X_1, avec R1R_1 et X1X_1 ses composantes.
La faible chute I10Z1I_{10}Z_1 conduit à l’approximation U1≈−E1U_1\approx -E_1.
Le courant secondaire à vide vaut environ 3 à 5 % du courant primaire nominal.
Le courant primaire à vide représente environ 3 à 5 % du courant primaire nominal.

Le primaire reçoit sa tension nominale alors que le circuit secondaire demeure ouvert. · La faible chute $$I_{10}Z_1$$ conduit à l’approximation $$U_1\approx -E_1$$. · Le courant primaire à vide représente environ 3 à 5 % du courant primaire nominal.

Explication

À vide, la tension nominale est appliquée au primaire et le secondaire est ouvert; le courant primaire à vide vaut environ 3 à 5 % de son courant nominal, tandis que le courant secondaire est nul. L’impédance s’écrit Z1=R12+X12Z_1=\sqrt{R_1^2+X_1^2}, et la faible chute primaire justifie U1≈−E1U_1\approx -E_1.

9. La tension efficace primaire sinusoïdale d’un transformateur est maintenue constante, de même que sa fréquence et le nombre de spires. Concernant le flux et les FEM induites :

L’amplitude du flux vaut Φm=4,44fN1U1\Phi_m=\frac{4{,}44fN_1}{U_1} pour une tension sinusoïdale.
L’amplitude du flux vaut Φm=U14,44fN1\Phi_m=\frac{U_1}{4{,}44fN_1} dans ces conditions.
Les FEM induites sont proportionnelles au carré du nombre de spires de chaque enroulement.
Les FEM des enroulements sont sinusoïdales et leurs amplitudes dépendent de ωNΦm\omega N\Phi_m.
L’amplitude du flux magnétique reste constante tant que la tension efficace primaire demeure constante.

L’amplitude du flux vaut $$\Phi_m=\frac{U_1}{4{,}44fN_1}$$ dans ces conditions. · Les FEM des enroulements sont sinusoïdales et leurs amplitudes dépendent de $$\omega N\Phi_m$$. · L’amplitude du flux magnétique reste constante tant que la tension efficace primaire demeure constante.

Explication

La formule du flux est Φm=U1/(4,44fN1)\Phi_m=U_1/(4{,}44fN_1); avec fréquence et spires constantes, une tension efficace maintenue constante conserve donc l’amplitude du flux. Les FEM sont sinusoïdales et leur amplitude vaut ωNΦm\omega N\Phi_m. Les deux dernières propositions inversent la formule ou attribuent une dépendance quadratique aux spires.

10. Un transformateur possède N1=240N_1=240 spires au primaire et N2=120N_2=120 spires au secondaire. Cochez la (les) proposition(s) exacte(s) concernant les FEM et le rapport de transformation :

Le rapport de transformation vaut k12=N1/N2=E1/E2=2k_{12}=N_1/N_2=E_1/E_2=2.
Les tensions primaire et secondaire sont en phase selon leur convention de référence.
Les FEM sont données par E1=4,44fN2ΦmE_1=4{,}44fN_2\Phi_m et E2=4,44fN1ΦmE_2=4{,}44fN_1\Phi_m.
Le rapport de transformation vaut k12=N2/N1=E2/E1=0,5k_{12}=N_2/N_1=E_2/E_1=0{,}5.
La FEM primaire vaut E1=4,44fN2ΦmE_1=4{,}44fN_2\Phi_m pour le nombre de spires secondaire.

Le rapport de transformation vaut $$k_{12}=N_1/N_2=E_1/E_2=2$$.

Explication

Par définition, k12=N1/N2=E1/E2k_{12}=N_1/N_2=E_1/E_2; avec 240 et 120 spires, le rapport vaut 2. Chaque FEM dépend du nombre de spires de son propre enroulement, et les tensions primaire et secondaire sont en opposition de phase.

11. À vide, un transformateur présente N2=600N_2=600 spires et N1=300N_1=300 spires. La tension primaire nominale mesurée est de 120 V et la tension secondaire à vide de 240 V. Quelles propositions sont exactes ?

Le transformateur est élévateur et son rapport de transformation est inférieur à 1.
Le rapport calculé à vide vaut k12=U20/U1nom=2k_{12}=U_{20}/U_{1nom}=2.
Pour ce transformateur, k12=N1/N2≈U1/U2k_{12}=N_1/N_2\approx U_1/U_2.
Le rapport calculé à vide vaut k12=U1nom/U20=0,5k_{12}=U_{1nom}/U_{20}=0{,}5.
Le transformateur est abaisseur puisque son rapport de transformation est inférieur à 1.

Le transformateur est élévateur et son rapport de transformation est inférieur à 1. · Pour ce transformateur, $$k_{12}=N_1/N_2\approx U_1/U_2$$. · Le rapport calculé à vide vaut $$k_{12}=U_{1nom}/U_{20}=0{,}5$$.

Explication

Comme N2>N1N_2>N_1, le transformateur est élévateur et k12<1k_{12}<1. À vide, le calcul donne 120/240=0,5120/240=0{,}5, conformément à k12=N1/N2≈U1/U2k_{12}=N_1/N_2\approx U_1/U_2. Les autres propositions inversent la catégorie du transformateur ou le quotient utilisé.

12. Un transformateur alimente une charge par son secondaire. Concernant les relations de tension en charge :

En charge, la tension secondaire est égale à U20−I2Z2U_{20}-I_2Z_2.
La FEM secondaire vérifie E2=U2−I2Z2E_2=U_2-I_2Z_2.
À vide, la tension secondaire maximale est égale à la FEM secondaire E2E_2.
La réactance secondaire X2X_2 représente l’effet du flux de dispersion secondaire.
La tension aux bornes de la charge vérifie U2=I2ZchU_2=I_2Z_{ch}.

En charge, la tension secondaire est égale à $$U_{20}-I_2Z_2$$. · À vide, la tension secondaire maximale est égale à la FEM secondaire $$E_2$$. · La réactance secondaire $$X_2$$ représente l’effet du flux de dispersion secondaire. · La tension aux bornes de la charge vérifie $$U_2=I_2Z_{ch}$$.

Explication

La charge impose U2=I2ZchU_2=I_2Z_{ch}, et à vide U20=E2U_{20}=E_2 ; en charge, la chute d’impédance donne U2=U20−I2Z2U_2=U_{20}-I_2Z_2. La FEM vérifie plutôt E2=U2+I2Z2E_2=U_2+I_2Z_2, tandis que X2X_2 tient compte du flux de dispersion.

13. Concernant un transformateur dont le secondaire délivre un courant à pleine charge, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

L’action commune des forces magnétisantes s’écrit I10N1=I1N1+I2N2I_{10}N_1=I_1N_1+I_2N_2.
La caractéristique externe représente la tension secondaire en fonction du courant secondaire.
Si le courant à vide est négligé, I1≈−N2N1I2I_1\approx-\frac{N_2}{N_1}I_2.
Le déphasage du courant par rapport à la tension est indiqué sur la caractéristique externe.
À pleine charge, le courant à vide vaut environ 3 à 5 % du courant primaire nominal.

L’action commune des forces magnétisantes s’écrit $$I_{10}N_1=I_1N_1+I_2N_2$$. · La caractéristique externe représente la tension secondaire en fonction du courant secondaire. · Si le courant à vide est négligé, $$I_1\approx-\frac{N_2}{N_1}I_2$$. · Le déphasage du courant par rapport à la tension est indiqué sur la caractéristique externe. · À pleine charge, le courant à vide vaut environ 3 à 5 % du courant primaire nominal.

Explication

Le flux principal résulte de l’action commune des ampères-tours primaire et secondaire, ce qui conduit à la relation de courant indiquée lorsque le courant à vide est négligé. La caractéristique externe est U2=f(I2)U_2=f(I_2) et porte le déphasage ; à pleine charge, le courant à vide représente 3 à 5 % du courant primaire nominal.

14. Lors d’une vérification d’un transformateur, quelle(s) proposition(s) est (sont) exacte(s) concernant les courants et les enroulements ?

En négligeant le courant à vide, I2I1≈N1N2\frac{I_2}{I_1}\approx\frac{N_1}{N_2}.
L’enroulement haute tension et faible intensité comporte un gros fil et peu de spires.
Le rapport des courants vérifie I2I1≈N2N1\frac{I_2}{I_1}\approx\frac{N_2}{N_1}.
L’enroulement basse tension et forte intensité comporte un gros fil et peu de spires.
Le signe négatif des courants traduit des sens opposés et une action répulsive entre enroulements.

En négligeant le courant à vide, $$\frac{I_2}{I_1}\approx\frac{N_1}{N_2}$$. · L’enroulement basse tension et forte intensité comporte un gros fil et peu de spires. · Le signe négatif des courants traduit des sens opposés et une action répulsive entre enroulements.

Explication

Lorsque le courant à vide est négligé, le rapport des courants efficaces vaut approximativement N1/N2N_1/N_2 ; le signe négatif correspond à des courants de sens opposés, responsables d’une action répulsive. À densité de courant égale, le côté basse tension et forte intensité utilise un gros fil avec peu de spires, tandis que le côté haute tension et faible intensité utilise un fil fin et beaucoup de spires.

15. Un transformateur fonctionne avec une charge relative β=0,5\beta=0{,}5 et une tension primaire constante. Quelles sont les propositions exactes au sujet des pertes ?

Un essai à vide permet de déterminer les pertes dans le fer, égales à P10P_{10}.
Les pertes cuivre à cette charge valent 0,5Pcnom0{,}5P_{cnom}.
Les pertes cuivre à cette charge valent 0,25Pcnom0{,}25P_{cnom}.
Les pertes dans le fer varient comme le carré de l’amplitude du flux magnétique.
À tension primaire constante, le flux magnétique varie avec la charge et modifie les pertes fer.

Un essai à vide permet de déterminer les pertes dans le fer, égales à $$P_{10}$$. · Les pertes cuivre à cette charge valent $$0{,}25P_{cnom}$$. · Les pertes dans le fer varient comme le carré de l’amplitude du flux magnétique.

Explication

Les pertes fer suivent Pf∼Φm2P_f\sim\Phi_m^2 ; à tension primaire constante, le flux et ces pertes restent constants, et l’essai à vide donne Pf=P10P_f=P_{10}. Les pertes cuivre suivent Pc=β2PcnomP_c=\beta^2P_{cnom}, donc pour β=0,5\beta=0{,}5 elles valent 0,25Pcnom0{,}25P_{cnom}, et non 0,5Pcnom0{,}5P_{cnom}.

16. Pour évaluer un transformateur, un technicien réalise des essais et néglige la chute de tension secondaire. Concernant les pertes cuivre nominales et la puissance utile :

L’essai en court-circuit fournit les pertes fer nominales, notées PccP_{cc}.
La puissance utile peut s’écrire P2=βSnomcos⁡φ2P_2=\beta S_{nom}\cos\varphi_2 dans ces conditions.
Les pertes cuivre nominales sont déterminées par l’essai en court-circuit et valent PccP_{cc}.
La tension de court-circuit U1ccU_{1cc} est exprimée en pourcentage de la tension nominale secondaire U2nomU_{2nom}.
La puissance utile s’écrit P2=βSnomsin⁡φ2P_2=\beta S_{nom}\sin\varphi_2 lorsque la chute est négligée.

La puissance utile peut s’écrire $$P_2=\beta S_{nom}\cos\varphi_2$$ dans ces conditions. · Les pertes cuivre nominales sont déterminées par l’essai en court-circuit et valent $$P_{cc}$$.

Explication

Les pertes cuivre nominales sont déterminées par l’essai en court-circuit et valent PccP_{cc} ; l’essai à vide détermine les pertes dans le fer. En négligeant la chute de tension secondaire, la puissance utile vaut βSnomcos⁡φ2\beta S_{nom}\cos\varphi_2 : le facteur de puissance intervient sous forme de cosinus, et non de sinus. La tension de court-circuit primaire est exprimée en pourcentage de la tension nominale primaire, et non de la tension nominale secondaire.

17. Un transformateur présente un rapport P10/Pcc=0,36P_{10}/P_{cc}=0{,}36. Concernant son rendement maximal et son expression à la charge relative β\beta :

Le rendement est maximal lorsque les pertes variables sont deux fois les pertes fer.
Le rendement est maximal lorsque les pertes variables égalent les pertes fer.
Pour ce rapport, le rendement maximal survient à une charge de 36 % de la charge nominale.
Le rendement s’écrit η=βSnomcos⁡φ2βSnomcos⁡φ2+P10+β2Pcc\eta=\frac{\beta S_{nom}\cos\varphi_2}{\beta S_{nom}\cos\varphi_2+P_{10}+\beta^2P_{cc}}.
Dans cette expression, les pertes cuivre apparaissent sous la forme βPcc\beta P_{cc}.

Le rendement est maximal lorsque les pertes variables égalent les pertes fer. · Le rendement s’écrit $$\eta=\frac{\beta S_{nom}\cos\varphi_2}{\beta S_{nom}\cos\varphi_2+P_{10}+\beta^2P_{cc}}$$.

Explication

Le maximum de rendement est atteint lorsque β2Pcc=P10\beta^2P_{cc}=P_{10} ; avec un rapport de 0,36, cela donne β=0,36=0,6\beta=\sqrt{0{,}36}=0{,}6, soit 60 % de la charge nominale, et non 36 %. L’expression du rendement comporte les pertes fer P10P_{10} et les pertes cuivre variables β2Pcc\beta^2P_{cc}.

18. Concernant les solutions de transformation triphasée et la constitution du transformateur triphasé :

Le noyau feuilleté comporte trois colonnes disposées dans des plans distincts et réunies par deux culasses.
Le groupe de trois appareils est plus léger et moins encombrant que le transformateur triphasé.
Chaque colonne porte les enroulements primaire et secondaire correspondant à une même phase.
Un groupe de trois transformateurs monophasés identiques facilite le remplacement d’un appareil en panne.
Le noyau feuilleté du transformateur triphasé présente trois colonnes coplanaires réunies par deux culasses.

Chaque colonne porte les enroulements primaire et secondaire correspondant à une même phase. · Un groupe de trois transformateurs monophasés identiques facilite le remplacement d’un appareil en panne. · Le noyau feuilleté du transformateur triphasé présente trois colonnes coplanaires réunies par deux culasses.

Explication

Le groupe monophasé facilite le remplacement d’un appareil, tandis que le transformateur triphasé est plus léger, moins encombrant et économique. Son noyau en E possède trois colonnes coplanaires reliées par deux culasses, et chaque colonne porte les deux enroulements d’une même phase.

19. Parmi les propositions suivantes concernant les couplages et les repères du transformateur triphasé, lesquelles sont exactes ?

Au côté haute tension, A, B et C désignent le début des enroulements.
Au côté basse tension, les débuts des enroulements portent les repères x, y et z.
Les couplages possibles comprennent étoile-étoile, triangle-triangle, triangle-étoile et étoile-triangle.
Le couplage triangle-étoile correspond à une haute tension en étoile et une basse tension en triangle.
Le rapport simple est égal au rapport des tensions secondaires et primaires par phase.

Au côté haute tension, A, B et C désignent le début des enroulements. · Les couplages possibles comprennent étoile-étoile, triangle-triangle, triangle-étoile et étoile-triangle. · Le rapport simple est égal au rapport des tensions secondaires et primaires par phase.

Explication

Les quatre couplages répertoriés sont Y/YY/Y, Δ/Δ\Delta/\Delta, Δ/Y\Delta/Y et Y/ΔY/\Delta. Le rapport simple vaut ks=Us2/Us1=N2/N1k_s=U_{s2}/U_{s1}=N_2/N_1, et les débuts haute tension sont A, B et C; le couplage Δ/Y\Delta/Y place bien le triangle côté haute tension, tandis que les débuts basse tension sont a, b et c.

20. Un technicien relève les rapports de tensions composées d’un transformateur triphasé ainsi que sa plaque signalétique. Quelles propositions sont exactes ?

La plaque signalétique renseigne aussi sur la fréquence et le nombre de phases du transformateur.
Le rapport composé se calcule par le quotient de la tension composée secondaire par la tension composée primaire.
Le mode de refroidissement figure parmi les informations absentes de la plaque signalétique.
La plaque indique la puissance apparente nominale ainsi que les tensions et courants nominaux.
Le rapport composé est variable, contrairement au rapport simple qui demeure constant.

La plaque signalétique renseigne aussi sur la fréquence et le nombre de phases du transformateur. · Le rapport composé se calcule par le quotient de la tension composée secondaire par la tension composée primaire. · La plaque indique la puissance apparente nominale ainsi que les tensions et courants nominaux. · Le rapport composé est variable, contrairement au rapport simple qui demeure constant.

Explication

Le rapport composé est kcom=Ucom2/Ucom1k_{com}=U_{com2}/U_{com1} et il est variable, alors que le rapport simple est constant. La plaque comporte notamment la puissance apparente nominale, les tensions et courants nominaux, la fréquence, le nombre de phases et le mode de refroidissement.

21. Pour un transformateur portant les valeurs de l’exemple, cochez les propositions exactes :

Au côté haute tension, les valeurs nominales sont 660 V et 2,19 A, en étoile.
Sa puissance nominale apparente est de 2,5 kVA et sa fréquence est de 50 Hz.
Au côté basse tension, les valeurs nominales sont 133 V et 2,19 A, en triangle.
Sa tension de court-circuit est de 150 % et ses pertes à vide atteignent 60 W.
Son courant à vide est de 4,12 % et ses pertes en court-circuit valent 6 W.

Au côté haute tension, les valeurs nominales sont 660 V et 2,19 A, en étoile. · Sa puissance nominale apparente est de 2,5 kVA et sa fréquence est de 50 Hz.

Explication

Les caractéristiques de l’exemple donnent une puissance de 2,5 kVA et une fréquence de 50 Hz; le côté haute tension est en étoile, à 660 V et 2,19 A. La tension de court-circuit vaut 4,12 %, les pertes à vide 60 W, le côté basse tension est à 133 V et 10,85 A en triangle, et le courant à vide vaut 6 %.

22. À propos de la distinction entre stator et induit dans une machine à courant continu :

Le stator désigne la partie immobile de la machine à courant continu.
L’induit correspond à la partie tournante de la machine à courant continu.
L’arbre fait partie des éléments constitutifs de l’induit de la machine.
Le collecteur et l’enroulement sont compris dans l’induit de la machine.
Le stator est la partie tournante, tandis que l’induit reste immobile.

Le stator désigne la partie immobile de la machine à courant continu. · L’induit correspond à la partie tournante de la machine à courant continu. · L’arbre fait partie des éléments constitutifs de l’induit de la machine. · Le collecteur et l’enroulement sont compris dans l’induit de la machine.

Explication

Le stator est la partie immobile, alors que l’induit est la partie tournante. L’induit comprend l’arbre, le noyau, le collecteur et l’enroulement; la dernière affirmation inverse donc les rôles du stator et de l’induit.

23. Les caractéristiques du stator et de l’excitation d’une machine à courant continu comprennent :

Les pattes de fixation sont portées par les paliers du rotor installés dans les flasques.
Les bobines magnétisantes des noyaux principaux produisent le champ électrique de la machine.
La carcasse du stator est constituée d’un cylindre en acier doux feuilleté.
La carcasse du stator est cylindrique et fabriquée en acier coulé.
Les noyaux polaires principaux portent des bobines magnétisantes formant l’enroulement d’excitation.

La carcasse du stator est cylindrique et fabriquée en acier coulé. · Les noyaux polaires principaux portent des bobines magnétisantes formant l’enroulement d’excitation.

Explication

Les bobines magnétisantes des noyaux polaires principaux constituent l’enroulement d’excitation et produisent le champ magnétique. Le stator comprend une carcasse cylindrique en acier coulé; les bobines produisent un champ magnétique, et les pattes de fixation sont fixées au carter.

24. Dans une machine à courant continu en cours d’assemblage, quelles propositions décrivent correctement les pôles auxiliaires et le noyau d’induit ?

Les pôles auxiliaires sont placés entre les pôles principaux et leurs bobines sont en série avec l’induit.
L’enroulement logé dans les encoches du noyau d’induit est relié électriquement aux pôles auxiliaires.
Les pôles auxiliaires contribuent à améliorer le fonctionnement de la machine.
Le noyau d’induit est un cylindre constitué de disques de tôles d’acier doux.
Le noyau d’induit est centré sur le collecteur et ses encoches logent l’enroulement d’excitation.

Les pôles auxiliaires sont placés entre les pôles principaux et leurs bobines sont en série avec l’induit. · Les pôles auxiliaires contribuent à améliorer le fonctionnement de la machine. · Le noyau d’induit est un cylindre constitué de disques de tôles d’acier doux.

Explication

Les pôles auxiliaires se trouvent entre les pôles principaux, leurs bobines sont connectées en série avec l’induit et ils améliorent le fonctionnement. Le noyau d’induit est formé de disques de tôles d’acier doux, centré sur l’arbre; ses encoches accueillent l’enroulement d’induit, relié au collecteur.

25. Concernant le collecteur et les balais d’une machine à courant continu :

Les lames du collecteur sont en cuivre, mais elles sont reliées électriquement entre elles.
Le collecteur comprend des lames de cuivre en forme de coin, isolées entre elles et de la masse.
Les balais suivent la rotation de l’induit en changeant continuellement de position.
Les balais en charbon et en cuivre s’appuient sur les lames du collecteur.
Le collecteur relie l’enroulement fixe de l’inducteur au circuit extérieur.

Le collecteur comprend des lames de cuivre en forme de coin, isolées entre elles et de la masse. · Les balais en charbon et en cuivre s’appuient sur les lames du collecteur.

Explication

Les lames de cuivre en forme de coin sont isolées les unes des autres et de la masse, et les balais en charbon et en cuivre s’appuient sur elles. Les lames ne sont pas reliées entre elles, les balais gardent une position fixe durant la rotation, et le collecteur relie l’enroulement tournant de l’induit au circuit extérieur.

26. Parmi les propositions suivantes concernant les modes d’excitation des machines à courant continu, lesquelles sont exactes ?

En dérivation, l’enroulement d’excitation est placé en parallèle avec les bornes de l’induit.
La classification comprend les excitations en dérivation, série, compound et à collecteur indépendant.
Le couplage de l’excitation avec l’induit distingue les modes dérivation, série, mixte et indépendante.
En dérivation, l’enroulement d’excitation présente une faible résistance.
Le bobinage en dérivation comporte beaucoup de spires en fil relativement fin.

En dérivation, l’enroulement d’excitation est placé en parallèle avec les bornes de l’induit. · Le couplage de l’excitation avec l’induit distingue les modes dérivation, série, mixte et indépendante. · Le bobinage en dérivation comporte beaucoup de spires en fil relativement fin.

Explication

En dérivation, l’enroulement d’excitation est branché en parallèle avec l’induit et comporte beaucoup de spires de fil relativement fin, ce qui lui donne une résistance élevée. La classification comprend les modes dérivation, série, mixte et indépendante. L’enroulement en dérivation ne présente donc pas une faible résistance.

27. Une machine série fonctionne avec un courant de travail de 12 A. Quelles propositions décrivent correctement son excitation et les relations données pour le mode dérivation ?

En dérivation, une tension de 120 V et une résistance de 600 Ω donnent 5 A d’excitation.
En dérivation, une tension de 120 V et une résistance de 600 Ω donnent 0,2 A d’excitation.
Dans la machine série, l’enroulement d’excitation comporte beaucoup de spires de fil fin.
Dans la machine série, le courant d’excitation vaut 12 A, comme le courant d’induit.
En dérivation, la puissance d’excitation s’obtient en multipliant le courant par la résistance.

En dérivation, une tension de 120 V et une résistance de 600 Ω donnent 0,2 A d’excitation. · Dans la machine série, le courant d’excitation vaut 12 A, comme le courant d’induit.

Explication

En excitation série, le même courant traverse l’excitation et l’induit : avec un courant de travail de 12 A, le courant d’excitation vaut donc 12 A. L’enroulement série comporte peu de spires de gros fil, et non beaucoup de spires de fil fin. En dérivation, Iexc=U/Rexc=120/600=0,2 AI_{exc}=U/R_{exc}=120/600=0{,}2\,\text{A} et la puissance vaut UIexc=Iexc2RexcUI_{exc}=I_{exc}^{2}R_{exc} ; 2 A et le produit courant-résistance ne conviennent pas.

28. À propos des enroulements d’excitation série et des machines à excitation mixte :

L’enroulement série utilise un fil de grande section et peu de spires, ce qui réduit sa résistance.
L’enroulement série utilise un fil de faible section et beaucoup de spires, ce qui augmente sa résistance.
Une machine mixte possède deux bobines par noyau polaire, toutes deux branchées en série avec l’induit.
L’enroulement série utilise un fil de grande section et beaucoup de spires, ce qui réduit sa résistance.
Une machine mixte possède deux bobines par noyau polaire, l’une en série et l’autre en parallèle avec l’induit.

L’enroulement série utilise un fil de grande section et peu de spires, ce qui réduit sa résistance. · Une machine mixte possède deux bobines par noyau polaire, l’une en série et l’autre en parallèle avec l’induit.

Explication

L’enroulement série utilise un fil de grande section et peu de spires, ce qui lui donne une faible résistance. Une machine mixte comporte, sur chaque noyau polaire, une bobine en série et une autre en parallèle avec l’induit. Beaucoup de spires ne caractérisent donc pas l’enroulement série, et une bobine mixte n’est pas alimentée par une source distincte.

29. Concernant une machine à excitation indépendante, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Le circuit d’excitation possède un point commun avec le circuit d’induit.
Le circuit d’excitation ne partage aucun point avec le circuit d’induit.
Une source commune alimente l’excitation et l’induit dans cette configuration.
Une source distincte alimente l’enroulement d’excitation de cette machine.
L’enroulement d’excitation est alimenté par le circuit de l’induit.

Le circuit d’excitation ne partage aucun point avec le circuit d’induit. · Une source distincte alimente l’enroulement d’excitation de cette machine.

Explication

L’excitation indépendante reçoit son alimentation d’une source distincte, et son circuit n’a aucun point commun avec celui de l’induit. Une source commune ou une alimentation prise sur le circuit d’induit correspondrait à une liaison entre les deux circuits.

30. Un moteur shunt et un moteur à excitation indépendante sont alimentés à leur tension nominale. Quelles propositions caractérisent correctement leur alimentation et leur comportement ?

Dans les deux moteurs, la tension d’excitation et le courant d’excitation sont indépendants de la charge.
Dans le moteur indépendant, l’induit et l’inducteur reçoivent la même tension nominale.
Pour ces deux moteurs, le courant d’excitation varie avec la charge du moteur.
Dans le moteur shunt, l’induit et l’inducteur sont alimentés par deux sources distinctes.
Dans le moteur shunt, l’induit et l’inducteur reçoivent la même tension nominale.

Dans les deux moteurs, la tension d’excitation et le courant d’excitation sont indépendants de la charge. · Dans le moteur shunt, l’induit et l’inducteur reçoivent la même tension nominale.

Explication

Le moteur shunt alimente l’induit et l’inducteur sous la même tension nominale, tandis que le moteur à excitation indépendante utilise deux sources. Dans les deux cas, la tension et le courant d’excitation sont indépendants de la charge ; les propositions inversent ces caractéristiques.

31. Un moteur shunt a Unom=200 VU_{nom}=200\,\text{V} et Rexc=100 ΩR_{exc}=100\,\Omega ; un moteur indépendant a Uexc nom=150 VU_{exc\,nom}=150\,\text{V} et la même résistance. Quelles propositions sont exactes ?

Le courant d’excitation représente de 1 à 5 % du courant de travail dans ces deux moteurs.
Le courant d’excitation du moteur shunt vaut 2 A, selon sa tension nominale et sa résistance.
Le courant d’excitation du moteur shunt se calcule avec la tension nominale de la source indépendante.
Le courant d’excitation du moteur indépendant vaut 1,5 A, selon sa source d’excitation nominale.
Le courant d’excitation du moteur indépendant se calcule avec la tension nominale de l’induit.

Le courant d’excitation représente de 1 à 5 % du courant de travail dans ces deux moteurs. · Le courant d’excitation du moteur shunt vaut 2 A, selon sa tension nominale et sa résistance. · Le courant d’excitation du moteur indépendant vaut 1,5 A, selon sa source d’excitation nominale.

Explication

Pour le moteur shunt, Iexc=200/100=2 AI_{exc}=200/100=2\,\text{A} ; pour le moteur indépendant, Iexc=150/100=1,5 AI_{exc}=150/100=1{,}5\,\text{A}. Dans les deux types, ce courant représente de 1 à 5 % du courant de travail ; les formules doivent utiliser la tension correspondant au circuit d’excitation de chaque moteur.

32. Un moteur à courant continu est alimenté en dérivation, puis à excitation indépendante. Concernant ses courants absorbés et son couple électromagnétique :

Le couple électromagnétique varie avec le courant d’excitation plutôt qu’avec celui d’induit.
En dérivation, le courant absorbé est égal au seul courant d’induit.
En dérivation, le courant absorbé correspond à la somme des courants d’induit et d’excitation.
À excitation indépendante, le courant absorbé par le moteur est celui de l’induit.
Le couple électromagnétique est proportionnel au flux par pôle et au courant d’induit.

En dérivation, le courant absorbé correspond à la somme des courants d’induit et d’excitation. · À excitation indépendante, le courant absorbé par le moteur est celui de l’induit. · Le couple électromagnétique est proportionnel au flux par pôle et au courant d’induit.

Explication

En dérivation, les courants d’induit et d’excitation s’additionnent, tandis qu’à excitation indépendante le courant absorbé est celui d’induit. Le couple dépend du flux et du courant d’induit ; les deux autres formulations substituent respectivement un courant unique et le courant d’excitation.

33. Au démarrage d’un moteur alimenté sous U=120 VU=120\,\mathrm{V}, avec Ra=0,4 ΩR_a=0{,}4\,\Omega, un rhéostat de 1,6 Ω1{,}6\,\Omega est ajouté en série. Concernant le courant initial et sa limitation :

Le courant initial avec le rhéostat se calcule en divisant la tension par la résistance d’induit seule.
Sans résistance supplémentaire, le courant initial vaut 300 A300\,\mathrm{A}, car la force contre-électromotrice est nulle.
Avec le rhéostat en série, le courant initial est limité à 60 A60\,\mathrm{A}.
Le courant admissible de démarrage se situe entre 1,8 et 2,5 fois le courant nominal.
Le rapport du courant nominal au courant admissible définit la capacité de surcharge au démarrage.

Sans résistance supplémentaire, le courant initial vaut $$300\,\mathrm{A}$$, car la force contre-électromotrice est nulle. · Avec le rhéostat en série, le courant initial est limité à $$60\,\mathrm{A}$$. · Le courant admissible de démarrage se situe entre 1,8 et 2,5 fois le courant nominal.

Explication

Au démarrage, Ea=0E_a=0 : sans rhéostat, I=120/0,4=300 AI=120/0{,}4=300\,\mathrm{A} ; avec lui, I=120/(0,4+1,6)=60 AI=120/(0{,}4+1{,}6)=60\,\mathrm{A}. Le courant admissible vaut 1,8 à 2,5 fois le courant nominal, et la capacité de surcharge est le rapport du courant admissible au courant nominal, non l’inverse.

34. Une machine à courant continu entraînée mécaniquement fournit un courant continu à un circuit extérieur. Concernant son fonctionnement en génératrice :

Le collecteur et les balais permettent au courant continu de rejoindre le circuit extérieur.
La puissance mécanique absorbée par la génératrice vaut P1g=Cω=Cn/9,55P_{1g}=C\omega=Cn/9{,}55.
Le couple électromagnétique de la génératrice aide le couple moteur d’entraînement à faire tourner la machine.
Une machine excitée et entraînée mécaniquement induit une force électromotrice dans son induit.
La puissance électrique fournie par la génératrice vérifie P2g=UIP_{2g}=UI.

Le collecteur et les balais permettent au courant continu de rejoindre le circuit extérieur. · La puissance mécanique absorbée par la génératrice vaut $$P_{1g}=C\omega=Cn/9{,}55$$. · Une machine excitée et entraînée mécaniquement induit une force électromotrice dans son induit. · La puissance électrique fournie par la génératrice vérifie $$P_{2g}=UI$$.

Explication

L’entraînement mécanique d’une machine excitée induit une force électromotrice, et le collecteur avec les balais conduit le courant continu vers le circuit extérieur. La puissance mécanique absorbée est Cn/9,55Cn/9{,}55 et la puissance électrique fournie est UIUI ; le couple électromagnétique est un couple de freinage opposé à l’entraînement.

35. Une génératrice à excitation indépendante est entraînée, et l’on compare sa tension aux bornes aux modes d’excitation en dérivation, en série et mixte. Quelles propositions sont exactes ?

La tension aux bornes de la génératrice est égale à sa force électromotrice diminuée de la chute résistive d’induit.
La tension aux bornes de la génératrice est la somme de la force électromotrice et de la chute résistive d’induit.
Le magnétisme rémanent fournit le courant d’excitation externe aux génératrices à excitation indépendante.
Les génératrices en dérivation, en série et mixtes peuvent s’auto-exciter grâce au magnétisme rémanent.
L’enroulement d’excitation indépendante est alimenté par une tension continue externe notée UexcU_{exc}.

La tension aux bornes de la génératrice est égale à sa force électromotrice diminuée de la chute résistive d’induit. · Les génératrices en dérivation, en série et mixtes peuvent s’auto-exciter grâce au magnétisme rémanent. · L’enroulement d’excitation indépendante est alimenté par une tension continue externe notée $$U_{exc}$$.

Explication

La tension génératrice vérifie U=Ea−IaRaU=E_a-I_aR_a. Le magnétisme rémanent permet l’auto-excitation des génératrices en dérivation, en série ou mixtes, tandis que l’excitation indépendante reçoit une tension continue externe UexcU_{exc}. La chute résistive se soustrait à la force électromotrice et le magnétisme rémanent n’est pas une source externe d’excitation.

36. Pour caractériser un moteur à courant continu, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

La caractéristique électromécanique représente la vitesse en fonction du courant d’induit.
La relation électromécanique fait dépendre la vitesse de la tension, de la résistance d’induit, du courant et du flux.
La caractéristique mécanique représente la vitesse en fonction du couple développé.
La caractéristique électromécanique exprime la vitesse en fonction du couple moteur.
La caractéristique mécanique est définie comme la courbe de la vitesse en fonction du courant d’induit.

La caractéristique électromécanique représente la vitesse en fonction du courant d’induit. · La relation électromécanique fait dépendre la vitesse de la tension, de la résistance d’induit, du courant et du flux. · La caractéristique mécanique représente la vitesse en fonction du couple développé.

Explication

La caractéristique électromécanique est n=f(Ia)n=f(I_a), avec n=(U−RaIa)/(kEΦ)n=(U-R_aI_a)/(k_E\Phi) ; elle dépend donc de la tension, du courant d’induit, de la résistance et du flux. La caractéristique mécanique est n=f(C)n=f(C), et non une relation vitesse-couple pour la caractéristique électromécanique ni vitesse-courant pour la caractéristique mécanique.

37. Pour caractériser un moteur à courant continu, quelles propositions décrivent correctement ses caractéristiques naturelle et rigide ?

La faible résistance d’induit rend la caractéristique naturelle rigide, avec peu de variation de vitesse sous charge.
La caractéristique naturelle est mesurée à tension et excitation nominales, sans résistance ajoutée à l’induit.
Une caractéristique obtenue avec une résistance ajoutée au circuit d’induit est naturelle.
La caractéristique naturelle correspond à une excitation inférieure à sa valeur nominale, à tension nominale.
Une caractéristique rigide traduit une forte variation de vitesse lorsque la charge du moteur change.

La faible résistance d’induit rend la caractéristique naturelle rigide, avec peu de variation de vitesse sous charge. · La caractéristique naturelle est mesurée à tension et excitation nominales, sans résistance ajoutée à l’induit.

Explication

La caractéristique naturelle est définie à tension et excitation nominales, sans résistance supplémentaire ; la faible résistance d’induit explique sa faible pente et sa rigidité. Une résistance ajoutée donne une caractéristique artificielle, et une forte variation de vitesse correspond à une caractéristique molle.

38. Un moteur à courant continu atteint son régime permanent après le démarrage, puis sa charge augmente. Quelles évolutions sont attendues ?

Après la hausse de charge, le courant d’induit diminue et le couple moteur baisse.
Au démarrage, la hausse de vitesse augmente la force électromotrice et réduit le courant d’induit.
Après la hausse de charge, l’équilibre des couples se rétablit à une vitesse plus élevée.
Après la hausse de charge, le moteur ralentit et sa force électromotrice diminue.
Au démarrage, la hausse de vitesse fait augmenter le couple moteur jusqu’au régime permanent.

Au démarrage, la hausse de vitesse augmente la force électromotrice et réduit le courant d’induit. · Après la hausse de charge, le moteur ralentit et sa force électromotrice diminue.

Explication

Au démarrage, la vitesse croissante augmente la force électromotrice et réduit le courant d’induit ; le couple moteur diminue jusqu’au régime permanent. Une hausse de charge ralentit le moteur et réduit sa force électromotrice ; le courant d’induit et le couple moteur augmentent, puis l’équilibre est rétabli à vitesse plus faible.

39. Lors de l’exploitation d’un moteur shunt, quelles propositions décrivent correctement l’inversion du sens de rotation et le rendement ?

Le rendement est le rapport de la puissance utile à la puissance absorbée.
Permuter les bornes A1 et A2 inverse le courant d’induit et peut inverser la rotation.
Inverser simultanément les courants d’induit et d’excitation inverse le sens de rotation.
Couper l’alimentation arrête le moteur sous l’action du couple résistant et des pertes mécaniques.
En moteur, la puissance utile est la puissance électrique UIUI.

Le rendement est le rapport de la puissance utile à la puissance absorbée. · Permuter les bornes A1 et A2 inverse le courant d’induit et peut inverser la rotation. · Couper l’alimentation arrête le moteur sous l’action du couple résistant et des pertes mécaniques.

Explication

Le rendement est le rapport de la puissance utile à la puissance absorbée, soit η=P2/P1\eta=P_2/P_1. Permuter les bornes A1 et A2 inverse le courant d’induit et peut inverser la rotation. Inverser simultanément les courants d’induit et d’excitation conserve le sens de rotation, car les deux changements de signe se compensent. Après la coupure de l’alimentation, le couple résistant et les pertes mécaniques arrêtent le moteur. En moteur, la puissance absorbée est électrique et la puissance utile est mécanique.

40. Pour analyser le rendement et les caractéristiques électriques d’une machine à courant continu, quelles propositions sont exactes ?

Les pertes totales comprennent les pertes d’excitation, d’induit, mécaniques et dans le fer.
La plaque signalétique indique notamment le mode d’excitation et le rendement à charge nominale.
En génératrice shunt, le courant d’induit est la somme du courant extérieur et du courant d’excitation.
Les pertes totales correspondent à la seule somme des pertes d’induit et d’excitation.
En moteur, la puissance absorbée est électrique et la puissance mécanique constitue la puissance utile.

Les pertes totales comprennent les pertes d’excitation, d’induit, mécaniques et dans le fer. · La plaque signalétique indique notamment le mode d’excitation et le rendement à charge nominale. · En génératrice shunt, le courant d’induit est la somme du courant extérieur et du courant d’excitation. · En moteur, la puissance absorbée est électrique et la puissance mécanique constitue la puissance utile.

Explication

En moteur, la puissance absorbée est UIUI et la puissance mécanique utile est CωC\omega. Les pertes regroupent les contributions d’excitation, d’induit, mécaniques et du fer ; la plaque signale notamment le mode d’excitation et le rendement nominal. En génératrice shunt, Ia=I+IexcI_a=I+I_{exc}, tandis que les pertes totales ne se limitent pas aux pertes électriques d’induit et d’excitation.

41. Concernant les enroulements statoriques d’un moteur asynchrone, quelles propositions sont exactes ?

Les phases statoriques peuvent être groupées en étoile ou en triangle, avec des bornes accessibles.
Le stator comporte trois enroulements de phase séparés, chacun occupant un tiers de ses encoches.
Chaque enroulement de phase occupe deux tiers des encoches du stator.
Les origines des phases statoriques portent les repères U1, V1 et W1.
Les origines des phases statoriques sont repérées U2, V2 et W2.

Les phases statoriques peuvent être groupées en étoile ou en triangle, avec des bornes accessibles. · Le stator comporte trois enroulements de phase séparés, chacun occupant un tiers de ses encoches. · Les origines des phases statoriques portent les repères U1, V1 et W1.

Explication

Le stator comporte trois phases séparées, chacune occupant un tiers des encoches. Leurs origines sont repérées U1, V1 et W1, et leurs bornes permettent un groupement en étoile ou en triangle. Les repères U2, V2 et W2 désignent les fins des enroulements.

42. Lors de l’identification d’un rotor de moteur asynchrone, quelles propositions distinguent correctement les rotors en court-circuit et bobinés ?

Les barres d’un rotor en court-circuit sont reliées aux bagues par des balais frottants.
Le rotor bobiné possède un enroulement triphasé isolé monté en étoile, dont les extrémités rejoignent des bagues.
Des balais appuyés contre les bagues relient les phases du rotor bobiné aux dispositifs de démarrage ou réglage.
Dans un rotor en court-circuit, des barres logées dans les encoches sont reliées par deux anneaux.
Les extrémités libres du rotor bobiné sont court-circuitées entre elles par deux anneaux.

Le rotor bobiné possède un enroulement triphasé isolé monté en étoile, dont les extrémités rejoignent des bagues. · Des balais appuyés contre les bagues relient les phases du rotor bobiné aux dispositifs de démarrage ou réglage. · Dans un rotor en court-circuit, des barres logées dans les encoches sont reliées par deux anneaux.

Explication

Les barres du rotor en court-circuit sont fermées à leurs extrémités par deux anneaux. Le rotor bobiné comporte un enroulement triphasé isolé en étoile relié à des bagues ; les balais assurent le contact glissant avec les dispositifs de démarrage ou de réglage. Les bagues et les balais caractérisent le rotor bobiné, tandis que les anneaux ferment les barres du rotor en court-circuit.

43. À propos de la mise en rotation du rotor asynchrone :

La vitesse du rotor s’établit lorsque le couple moteur égale le moment résistant mécanique.
Le champ tournant induit des forces électromotrices et des courants dans le rotor fermé.
Le couple moteur apparaît par l’interaction du champ tournant avec les courants statoriques.
À l’équilibre des couples, la vitesse du rotor dépasse celle du champ tournant.
L’interaction entre les courants rotoriques et le champ produit le moment résistant de charge.

La vitesse du rotor s’établit lorsque le couple moteur égale le moment résistant mécanique. · Le champ tournant induit des forces électromotrices et des courants dans le rotor fermé.

Explication

Le champ tournant induit des forces électromotrices et des courants dans l’enroulement fermé du rotor. La vitesse s’établit quand le couple moteur équilibre le moment résistant ; à cet équilibre, le rotor tourne moins vite que le champ. Le champ interagit avec les courants rotoriques pour produire le couple moteur, tandis que les courants statoriques ne sont pas à l’origine de ce couple et que le champ ne produit pas le moment résistant de la charge.

44. Un rotor tourne à 1 440 tr/min sous un champ à 1 500 tr/min. Concernant le glissement :

En fonctionnement moteur, le glissement est positif ; au démarrage, il vaut 1.
Le glissement se calcule en divisant l’écart de vitesse par la vitesse du rotor.
À vide idéal, le glissement atteint 1 lorsque le rotor suit le champ tournant.
Le glissement calculé avec les vitesses données vaut 0,04, soit 4 %.
En fonctionnement générateur, le glissement est positif selon cette convention.

En fonctionnement moteur, le glissement est positif ; au démarrage, il vaut 1. · Le glissement calculé avec les vitesses données vaut 0,04, soit 4 %.

Explication

Le calcul donne g=(1 500−1 440)/1 500=0,04g=(1\,500-1\,440)/1\,500=0{,}04, soit 4 %. Le glissement est positif en moteur et vaut 1 au démarrage ; son dénominateur est la vitesse du champ, il vaut 0 à vide idéal et devient négatif en génératrice.

45. Pour inverser la rotation d’un moteur asynchrone alimenté par un réseau triphasé, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Le facteur de bobinage statorique est compris entre 0,5 et 0,8 dans cette relation.
Intervertir les connexions de deux bornes statoriques au réseau inverse le sens de rotation.
La force électromotrice statorique est proportionnelle au nombre de paires polaires.
Le renversement s’obtient en intervertissant les connexions de trois bornes statoriques.
La force électromotrice statorique dépend de la fréquence rotorique en rotation.

Intervertir les connexions de deux bornes statoriques au réseau inverse le sens de rotation.

Explication

L’interversion de deux bornes statoriques modifie l’ordre des phases et inverse le sens de rotation. La formule de la force électromotrice statorique utilise la fréquence statorique, un facteur de bobinage compris entre 0,9 et 0,98, et le nombre de spires, non le nombre de paires polaires.

46. Un moteur asynchrone est alimenté à 50 Hz tandis que son rotor reste immobile. Quelles sont les réponses exactes au sujet des grandeurs rotoriques ?

Le facteur de bobinage rotorique de la formule se situe entre 0,9 et 0,98.
La force électromotrice rotorique à l’arrêt dépend du flux maximal et de la fréquence statorique.
La fréquence de la force électromotrice rotorique est égale à 50 Hz.
La fréquence rotorique à l’arrêt est nulle puisque le rotor ne tourne pas.
La force électromotrice rotorique à l’arrêt utilise le nombre de spires statoriques.

Le facteur de bobinage rotorique de la formule se situe entre 0,9 et 0,98. · La force électromotrice rotorique à l’arrêt dépend du flux maximal et de la fréquence statorique. · La fréquence de la force électromotrice rotorique est égale à 50 Hz.

Explication

À rotor immobile, la fréquence rotorique égale la fréquence statorique, ici 50 Hz. La formule de la force électromotrice à l’arrêt fait intervenir le flux maximal, la fréquence statorique, le nombre de spires rotoriques et un facteur de bobinage de 0,9 à 0,98 ; elle n’utilise pas les spires statoriques.

47. Un moteur tourne avec un glissement de 0,04, une fréquence statorique de 50 Hz et sans charge sur l’arbre. Concernant les courants et le glissement du rotor :

La fréquence rotorique vaut 2 Hz puisque f2=gf1f_2=gf_1 dans ce régime.
La force électromotrice rotorique vaut 4 % de sa valeur à l’arrêt.
Le champ tourne par rapport au rotor à la vitesse Δn=n0−n\Delta n=n_0-n.
Le courant statorique à vide par phase égale le courant à vide idéal.
Le courant statorique à vide représente environ 40 à 45 % du courant nominal.

La fréquence rotorique vaut 2 Hz puisque $$f_2=gf_1$$ dans ce régime. · La force électromotrice rotorique vaut 4 % de sa valeur à l’arrêt. · Le champ tourne par rapport au rotor à la vitesse $$\Delta n=n_0-n$$. · Le courant statorique à vide par phase égale le courant à vide idéal.

Explication

La fréquence rotorique vaut f2=0,04×50=2f_2=0{,}04\times50=2 Hz, et la force électromotrice rotorique vaut E2=0,04E20E_2=0{,}04E_{20}. À vide, le courant statorique par phase égale le courant à vide idéal, le champ relatif suit Δn=n0−n\Delta n=n_0-n, et le courant à vide représente environ 25 à 30 % du courant nominal, non 40 à 45 %.

48. Un moteur asynchrone fonctionne avec un glissement donné. Concernant les courants et le glissement du rotor :

La composante réactive statorique augmente proportionnellement à la charge mécanique.
Le fonctionnement à faible charge améliore naturellement le facteur de puissance.
Le courant rotorique rapporté au stator est indépendant de la réactance rotorique.
Le courant rotorique rapporté au stator dépend du glissement dans son expression.
La composante active du courant statorique est liée à l’aimantation du noyau.

Le courant rotorique rapporté au stator dépend du glissement dans son expression.

Explication

Le courant rotorique rapporté au stator suit l’expression comprenant le glissement et la réactance rotorique. La composante active est proportionnelle à la charge, tandis que la composante réactive est magnétisante; le facteur de puissance s’améliore naturellement à pleine charge.

49. Un moteur asynchrone est étudié selon son glissement et le couple appliqué à son arbre. Parmi les propositions suivantes concernant son démarrage et ses caractéristiques, laquelle (lesquelles) est (sont) exacte(s) ?

Le moteur accélère au démarrage lorsque le couple résistant est inférieur au couple de démarrage.
Le glissement critique correspond au début de la zone stable, à g=1g=1.
La caractéristique électromécanique relie la vitesse au couple exercé sur l’arbre.
Le facteur de puissance s’améliore naturellement lorsque le moteur fonctionne à faible charge.
La partie stable de la caractéristique mécanique s’étend de g=0g=0 au glissement critique.

Le moteur accélère au démarrage lorsque le couple résistant est inférieur au couple de démarrage. · La partie stable de la caractéristique mécanique s’étend de $$g=0$$ au glissement critique.

Explication

La zone stable s’étend de g=0g=0 à gcr=R2/X20g_{cr}=R_2/X_{20}, puis la zone entre gcrg_{cr} et g=1g=1 est instable. Le démarrage entraîne une accélération si le couple résistant est inférieur au couple de démarrage. La caractéristique électromécanique relie la vitesse au courant statorique, et non au couple. Le facteur de puissance s’améliore naturellement lorsque le moteur fonctionne à pleine charge, et non à faible charge.

50. Lors de l’analyse d’une caractéristique mécanique, le couple est comparé au couple maximal et au couple nominal. Quelles propositions sont exactes ?

La formule de Kloss relie le rapport C/CmaxC/C_{max} au glissement et au glissement critique.
Le facteur de surcharge est le rapport du couple maximal au couple nominal.
Le courant de démarrage vaut environ une à deux fois le courant nominal.
La puissance absorbée par les trois phases vaut P1=3U1SI1Ssin⁡φP_1=3U_{1S}I_{1S}\sin\varphi.
Si la surcharge excède le couple maximal, le moteur devient instable et s’arrête.

La formule de Kloss relie le rapport $$C/C_{max}$$ au glissement et au glissement critique. · Le facteur de surcharge est le rapport du couple maximal au couple nominal. · Si la surcharge excède le couple maximal, le moteur devient instable et s’arrête.

Explication

La formule de Kloss donne C/Cmax=2/(g/gcr+gcr/g)C/C_{max}=2/(g/g_{cr}+g_{cr}/g), et le facteur de surcharge vaut Cmax/CnomC_{max}/C_{nom}, environ 1,8 à 2,6. Le courant de démarrage est plutôt de 5 à 7 fois le courant nominal, et non d’une à deux fois. La puissance absorbée par les trois phases vaut P1=3U1SI1Scos⁡φP_1=3U_{1S}I_{1S}\cos\varphi, et non avec sin⁡φ\sin\varphi. Au-delà du couple maximal, le moteur entre en régime instable et s’arrête.

51. Lorsqu’une charge mécanique supplémentaire est appliquée à un moteur asynchrone, quelles évolutions sont attendues ?

Le couple moteur augmente alors que le glissement diminue, jusqu’au rétablissement de l’équilibre.
La puissance apparente nominale se calcule en multipliant la puissance active par le facteur de puissance.
Pour calculer la puissance active absorbée nominale, on divise la puissance utile nominale par le rendement nominal.
La plaque signalétique ne comporte pas la puissance utile nominale du moteur.
Le moteur ralentit, ce qui entraîne une augmentation du glissement.

Pour calculer la puissance active absorbée nominale, on divise la puissance utile nominale par le rendement nominal. · Le moteur ralentit, ce qui entraîne une augmentation du glissement.

Explication

L’augmentation de charge ralentit le moteur et accroît son glissement ; le couple augmente ensuite jusqu’au rétablissement de l’équilibre à une vitesse plus faible. La plaque indique la puissance utile nominale, et la puissance active absorbée nominale vaut P1nom=P2nom/ηnomP_{1nom}=P_{2nom}/\eta_{nom}. La puissance apparente est liée à la puissance active par une division par le facteur de puissance, tandis que le glissement augmente avec la charge.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 91 flashcards sur Transformateurs électriques monophasés.

Qu’est-ce qu’un transformateur ?

Un appareil électromagnétique statique qui transforme un courant alternatif en un courant alternatif de tension différente, mais de même fréquence.

Que réduit l’augmentation de la tension d’une ligne de transport, à puissance transmise égale ?

Le courant, la section nécessaire des conducteurs et les pertes de puissance.

Quel dispositif forme le circuit magnétique et améliore le couplage entre les enroulements ?

Le noyau.

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