PPrrééccaauuttiioonnss TTPP ccoonnvveerrssiioonn dd’’éénneerrggiiee 11AA

Les sources d’énergie continues ou alternatives utilisées en Electrotechnique ou Electronique de Puissance sont souvent des sources de tension non limitées en courant avec des impédances internes faibles. De plus, les tensions, sont très supérieures à celles utilisées en laboratoire d’électronique. Par conséquent, à la différence d’une alimentation stabilisée, d’un montage utilisant des amplificateurs opérationnels ou des circuits intégrés, les courts-circuits en Electrotechnique ont comme conséquence la fusion de fusibles, la destruction de cordons, d’appareils de mesure ou autres… en général onéreux… Règles à respecter impérativement : R0) Conserver une espace de travail dégagé, câbler proprement sans tendre les fils, et ne pas porter de gros bijoux en métal ou de longs cheveux… R1) Ne jamais câbler sous tension (en général, lampe-témoin verte allumée) R2) Faire vérifier systématiquement toute modification du montage avant la mise sous tension (*) R3) Avoir le réflexe « bouton d’arrêt d’urgence » en cas de problèmes (ou de doutes) R4) Bien vérifier que la tension en sortie de l’autotransformateur (qui assure l’alimentation du montage) est à zéro avant la mise sous tension ; lors de la mise en route, augmenter la tension progressivement (et penser à R3 si grésillements (courts-circuits), emballement, etc…) en contrôlant la valeur du courant. (*) y compris l’instrumentation (branchements oscilloscope, etc…) Nécessité d’un transformateur d’isolement en amont du montage (côté réseau d’alimentation) Ne pas mesurer deux tensions à l’oscilloscope (une sur chaque voie) =>Pas plus de trois fils à l’oscilloscope (autrement dit, ne brancher la masse de l’oscillo qu’une seule fois sur la partie puissance) Pas de problème pour mesurer une tension et un courant (avec les pinces blanches HEME PR30). Possibilité d’utiliser des sondes différentielles de tension (FI ou Matrox) pour isoler la masse de l’oscillosope du circuit. A condition qu’elle soit branchée. De manière générale, la mise sous tension ne doit pas se faire avant d’avoir évaluer les valeurs des tensions et des courants à ne pas dépasser (valeurs nominales) dans chacune des parties du montage. Exemple : courant nominaux transformateurs et Icmax=sqrt(3/2).Isn en triphasé. Sn=3.Vpn.Ipn=3.Vsn.Isn, etc… D’où l’importance d’une bonne préparation. L’instrumentation doit permettre de vérifier les grandeurs critiques à la mise sous tension… et après, notamment lors de tout changement du point de fonctionnement Utilisation du wattmètre à aiguille. Pour les TP du deuxième semestre, on utilisera par commodité les pinces wattmétriques (métrix MX200 ou MX240, Heme Analyst) en dépit de la faible précision des mesures de puissance. Essai en court-circuit du transformateur (importance de R4) Le courant maximal dans les cordons 4mm2 est de 25A. En cas de dépassement, doubler les cordons (cordons de même longueur). MCC : risque d’emballement en l’absence d’excitation => Ordre à respecter pour mettre sous puis hors tension MCC : importance de R4 pour éviter des appels de courants et des à-coups de couple destructeurs Vérifier que les éventuels fusibles dans les composants du montage sont correctement dimensionnés.

TTPP nn°°11 BBOOBBIINNEE AA NNOOYYAAUU DDEE FFEERR

1.- Préparation Pour tous les TP, les étudiants doivent avoir lu et préparé le sujet individuellement avant la séance, cette préparation est matérialisée par un écrit par binôme. Chaque étudiant devra être en possession du polycopié correspondant au sujet du TP. Le respect des directives précédentes participe à la note de TP avec le compte rendu de TP rendu en fin de séance. Ce compte-rendu fera apparaître les mesures réalisées, le protocole utilisé et les courbes de résultats éventuelles, avec échelle et légende apparentes. Des feuilles de papier millimétré et oscillogrammes vierges sont disponibles en salle.

1.1.- Travaux pratiques d'électronique de puissance Les sources d'énergie continue ou alternative utilisées en E.P. sont souvent des sources de tension

non limitée en courant avec des impédances internes faibles. De plus, les tensions sont très supérieures à celles utilisées en laboratoire d'électronique.

Par conséquent, à la différence d'une alimentation électronique stabilisée, d'un montage utilisant des amplificateurs opérationnels ou des circuits intégrés, les courts-circuits en E.P. ont comme conséquence la fusion de fusibles, ou la destruction de cordons, d'appareils de mesure, etc.

La vérification des montages avant la mise sous tension est obligatoire.

Le danger pour les personnes, sans être sous estimé, est très faible si l'on respecte un minimum de règles de sécurité, de bon sens, et surtout de réflexion avant une action sur un montage sous tension. NB : Une mesure se lit sur un appareil de précision (Voltmètre, Wattmètre ou Ampèremètre) Une observation, une visualisation ou une allure se lisent à l’oscilloscope, qui n’est pas fait pour la précision.

1.2.- Relire le cours BNF

Répondre par écrit brièvement aux questions posées dans la préparation, le professeur vérifiera en début de séance que ce travail a été fait.

Prévoir succinctement les montages et les méthodes de mesure de la partie expérimentions.

1.3.- Caractéristiques des appareils de mesure

Connaître les caractéristiques et savoir reconnaître en particuliers les appareils ferromagnétiques et magnétoélectriques ainsi que les multimètres RMS ou non (voir le cours).

1.4.- Visualisation d'un cycle d'hystérésis

Montage : Un alternostat et un transformateur d'isolement alimente les points A et B

Attention : aux court circuits avec deux fils de masse sur l'oscilloscope

• les appareils mesurent les valeurs efficaces (multimètres RMS, ferromagnétiques)

• pour visualiser le courant, on utilise une sonde à effet Hall

• le flux, donc l'induction B, est obtenu en intégrant par un circuit R,C la tension obtenue aux bornes d'un deuxième enroulement porté par la bobine.

vx = α i = 1n

Hlα vy = ki ⌡⌠

T

n2 dφdt dt = ki n2 S B

R = 1 MΩ et donc i2 est très faible. Justifier l’emploi du deuxième enroulement..

Justifier le choix R = 1 MΩ et C = 2 µF pour réaliser un intégrateur. Calculer ki. Comment l'impédance de

l'entrée de l'oscilloscope (1MΩ) en parallèle sur C modifie t'elle ki ?

2.- Expérimentation

2.1.- Résistance de la bobine Mesurer la résistance r de l'enroulement 1 à l'aide d'un ohmmètre, puis en l'alimentant par un

courant continu égal à IN (courant nominal, ordre de grandeur : 5 A par mm2 dans le cuivre)

Cette mesure pourra être réalisée en fin de TP.

2.2.- Hystérésis

2.21.- Courant et tension Ne pas placer le circuit RC intégrateur sur le montage et visualiser le courant i à l'aide de la sonde Hall Pour U1 variant de 0 à 120% de U1N (U1N = valeur nominale de U1) :

• Visualiser la tension u1(t) et le courant i(t) .pour plusieurs valeurs de U1 Interpréter.

• Relever la tension u1(t) et le courant i(t) pour la tension nominale (graduer l'axe des

ordonnées en volts et en ampères !)

• Tracer I (valeur efficace de i) en fonction de U1 jusqu’à 110% de U1N. Interpréter.

2.22.- Flux Monter le circuit RC intégrateur sur l'enroulement secondaire placé sur la même colonne que la bobine étudiée.

• Déterminer n1 et n2 en entourant le circuit magnétique d'un tour de fil rigide et en mesurant

la tension aux bornes de ce fil.

• Estimer (très approximativement) les dimensions géométriques du circuit magnétique.

En tenant compte du coefficient de foisonnement égal à 0,95 (rapport entre surface utile du fer et section du circuit magnétique dû à l'isolation entre les tôles

• Visualiser le flux et le relever (fonction du temps) sur le même graphe qu’au 2-21.

Graduer l'axe en Weber puis en Tesla, interpréter.

Préciser l'induction maximum BM dans le fer, comparer cette valeur à celle donnée par la

formule de Boucherot. Quelle est la perméabilité relative du fer pour ce point

• Tracer le cycle d'hystérésis pour U1N. Faire en sorte que le cycle occupe tout l’écran de

l’oscilloscope (10 x 8 carreaux). Graduer les axes en Tesla et Am-1

A partir de la surface du cycle d'hystérésis, déterminer les pertes fer du matériau puis, à partir du volume effectif du fer de la bobine, les pertes fer de celle-ci.

Vérifier ce dernier résultat avec un wattmètre.

2.3.- Pertes fer et bobine équivalente

Pour U1 variant de 0 à 120% de U1N, relever par la méthode directe Pfer en fonction de U12 et

simultanément I1 en fonction de U1 Conclure.

Donner très approximativement les pertes fer en watt par kilo. • Déterminer le schéma équivalent de la bobine pour U1N .

Placer aussi la résistance r correspondant aux pertes cuivre sur ce modèle.

v

i'

R L

i'ai'r

TTPP nn°°22 TTRRAANNSSFFOORRMMAATTEEUURR MMOONNOOPPHHAASSEE

Le but de cette manipulation est de déterminer, à partir d'essais à puissance réduite, le schéma équivalent puis d'étudier le fonctionnement en charge d'un transformateur.

Les premières questions de ce TP (essai à vide) peuvent être traitées en fin de TP1 pour les binômes les plus efficaces, toujours sous supervision de l’enseignant.

1.- Préparation Connaître le cours sur le transformateur et en particuliers les essais permettant la détermination du schéma équivalent. Rappeler le modèle équivalent du transformateur monophasé et les hypothèses de Kapp.

Prévoir les montages, les méthodes de mesure, la précision, et l’identification des différents composants du modèle en fonction des mesures. On cherchera notamment à identifier :

• m le rapport de transformation

• Rf résistance des pertes Fer

• Xµ ou Lµ réactance magnétisante

• ρ2 résistance totale des enroulements ramenée au secondaire

• X2 réactance de fuites totalisées au secondaire

Les transformateurs disponibles au laboratoire sont de 3 types :

• type 1 : V1 = 220 V V2N= 260 V SN= 4 kVA (salle BO1)

• type 2 : V1 = 110 V V2N= 380V SN= 4 kVA (salle B01)

• type 3 : V1 = 400V V2N= 115 V SN= 1kVA (salle B11)

Calculer les courants nominaux IN primaire et secondaire pour les 3 types de transformateurs.

ATTENTION : • le matériel de charge disponible au laboratoire doit être placé en 220 V monophasé pour le type 1 (la charge supportant alors une légère surcharge à 260 V) ou bien en triphasé étoile 380 V pour le type 2, le secondaire 380V du transformateur alimentant la charge entre 2 phases (et pas entre phase et neutre) • le courant maximal dans les cordons 4 mm est de 25 A. Doubler le cordon si nécessaire.

Rappel : un transformateur est « réversible ». Le primaire du type 2 peut donc devenir V1 = 380 V si l’alimentation le permet. Dans ce cas V2N sera d’environ 110 V.

2.- Expérimentation Choisir les appareils de mesure pour chacun des essais (pour des intensités supérieures à 5 A, il faut interposer un transformateur d'intensité entre l'ampèremètre et le courant à mesurer). Si le courant est mesuré par pinces ampèremétriques, penser à ajuster le nombre de tours en fonction de la mesure. Représenter et justifier si nécessaire les différents schémas de câblage.

2.1.- Essai à vide Relever P10 , I10 ,et V20 (pour différentes valeurs de U1 (0 ≤ U1 ≤ 1,1 U1N).

U1 V20 I10 P10 Q10 Calculs

0 V

10%, 30%, 60%, 80%, 100%, 110% de U1

Interpréter et déduire le rapport de transformation m du transformateur ainsi que les pertes fer à 50 Hz. Déduire également des calculs la valeur des composants Rf et Xµ du schéma équivalent. Donner le schéma équivalent au PRIMAIRE du transformateur

2.2.- Essai en court circuit Sous tension primaire réduite U1CC Très Réduite (< 10 V) et pour le courant nominal, relever P1CC ,

V1CC et I1CC .

U1CC I1CC I2CC P1CC Q1CC Calculs

…….~10 V MAX I1N = ……

Remarque : les mesures avec un transformateur de type 2 seront plus faciles et plus aisées en réalisant un essai en court-circuit inversé (primaire-secondaire). Le courant d’alimentation sera réduit (I2N <I1N)

Interpréter et déduire à nouveau le rapport de transformation m du transformateur. Déduire également

des calculs la valeur des composants ρ2 et X2 du schéma équivalent

Donner le schéma équivalent SECONDAIRE du transformateur.

2.3.- Essais en charge

Sous tension primaire nominale constante (à contrôler précisément pour chaque mesure), mesurer ∆V2

(pour quelques valeurs de I2 (0 , I2N et I2N /2) en :

- débit sur charge résistive pure (φ2 = 0)

U1 V20 = m.U1

I2 V2 I1 P1 Q1 Calculs

U1N = …… 0 A

U1N = …… I2N /2

U1N = …… I2N

- débit sur charge inductive ou capacitive pure (φ2 = ± π/2)

U1 V20 = m.U1

I2 V2 I1 P1 Q1 Calculs

U1N = …… 0 A

U1N = …… I2N /2

U1N = …… I2N

- débit sur charge inductive ou capacitive , cosφ2 = 0,707 (si possible ) AV ou AR)

U1 V20 = m.U1

I2 V2 I1 P1 Q1 Calculs

U1N = …… 0 A

U1N = …… I2N /2

U1N = …… I2N

Tracer ∆V2 en fonction de I2. Interpréter.

Comparer ces résultats aux prédéterminations, estimer la précision des mesures. Tracer le diagramme de Fresnel des tensions pour chaque type de charge. Interpréter.

2.4.- Vérification (réalisé par tous avec une seule alimentation fort courant à tour de rôle dès le début du TP) Mesurer les résistances primaires et secondaires en continu, comparer avec les résultats précédents.

TTPP nn°°33 :: AALLTTEERRNNAATTEEUURR SSYYNNCCHHRROONNEE

Selon la salle de TP, B01 ou B11, les machines, les appareils de mesure et les montages seront différents. En raison du nombre de machines disponibles la plupart des tables seront occupées par des trinômes. Le compte-rendu de ce TP contiendra les mesures et les caractéristiques utiles de la machine synchrone (résistance des bobinages, réactance synchrone, force électromotrice, pertes fer et mécaniques à 1500 tr/min, etc.) au travers d'essais "à vide", "en court-circuit", "rotor bloqué" ou "en charge".

Objectifs Les machines tournantes électriques réalisent la conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique de rotation et ce transfert de puissance est bidirectionnel pour chacune d'entre elles. Néanmoins la Machine Synchrone (M.S.) à excitation est la seule machine tournante capable de créer un réseau alternatif autonome. Ce TP vise à illustrer le fonctionnement de la machine synchrone dans cette fonction de génératrice indépendante.

Présentation Le but de ce TP est de déterminer les caractéristiques d'une Machine Synchrone et son comportement en génératrice indépendante débitant sur une charge triphasée équilibrée. L'énergie mécanique nécessaire à la machine est généralement fournie par un moteur thermique, une roue à aubes, une hélice etc. dont on régule la vitesse de rotation afin de garantir la fréquence du réseau électrique. Dans le cadre de ce TP, la MS en génératrice sera entraînée par un moteur à courant continu MCC (Il ne faudra JAMAIS couper l'excitation (inducteur) de la MCC. On réglera la vitesse en modifiant la tension à l'induit de la MCC). La MCC sera alimentée par le réseau EDF via un autotransformateur (alternostat) triphasé dont la tension sera redressée par un pont redresseur à diodes PD3.

Préparation La préparation de ce TP consiste en la lecture de l’énoncé complet, la (re)lecture du cours et la (pré)réponse aux questions du TP qui ne sont pas déterminées par l’expérimentation (modélisation etc.)

1.- Relevé de la plaque signalétique : A) Relever les caractéristiques de Pn, In, Un, Ωn et le n° de série de la machine synchrone étudiée. (In et Un sont les valeurs nominales, donc maximales en régime permanent). Préciser à quel type de couplage ces limitations s'appliquent. B) L'inducteur de la machine synchrone, aussi appelé "roue polaire", sert à magnétiser le rotor grâce à un courant continu. Relever les caractéristiques de l'inducteur de la machine synchrone (roue polaire). Il existe plusieurs possibilités pour créer ce courant continu. Pour les grosses machines, on utilise parfois une génératrice de petite puissance (~100 W) pour générer le courant continu dans la roue polaire. Expliquer le principe de génération du courant d'excitation (cf cours). Relever les caractéristiques de l'excitatrice le cas échéant. Selon la table choisie, certains bancs ne proposent pas de Machine Synchrone. Dans ce cas, on utilisera les Machines Asynchrones à Rotor Bobiné (couplé en étoile) en utilisant 2 enroulements du rotor de la MAS comme roue polaire. C) Relever enfin les caractéristiques de la plaque signalétique du moteur MCC d'entraînement, tant de l'induit (rotor) que de l'inducteur (stator). Rappeler les lois fondamentales du comportement de la MCC et le modèle électrique simple d'une MCC utilisée en moteur à courant continu.

On veillera au cours des manipulations à rester dans la plage de fonctionnement nominale (courants, tensions) des machines

Montage MCC :

• En B01, le courant d'excitation (Iex)MCC est créé à partir d'une alimentation continue (Uex)MCC ≈ 110 V.

• En B11, le courant d'excitation (Iex)MCC peut être créé grâce à une excitation "shunt" : (Uex)MCC = UMCC Montage MS :

Le courant d'excitation (Iex)MS est créé à partir (au choix): d'une alimentation stabilisée (courant >10A). d'un autotransformateur triphasé débitant sur un pont de diodes PD3. d'une excitatrice montée sur l'arbre moteur : soit une MCC soit une MS inversée (induit

au rotor) débitant sur un pont PD3 tournant. un autotransformateur monophasé réglable, débitant sur un pont de diodes monophasé

et un éventuelle inductance de lissage du courant. Pour le relevé des courants et des puissances, on pourra faire plusieurs spires autour de la pince à condition de prendre en compte le nombre de spires dans la mesure des courants et puissances.

Le montage doit être vérifié par l'enseignant avant la mise sous tension. Il en sera de même après chaque modification du circuit.

On vérifiera avant chaque mise sous tension que les autotransformateurs sont sur 0% afin d'éviter des courants de magnétisation destructeurs

2.- Relevé de la caractéristique à vide de l'Alternateur (MS)

Mesures :

• Démarrer la MCC (Excitation alimentée) et régler la vitesse à 1500 tr/min. On pourra utiliser l'Oscilloscope "triggé" sur "Secteur" pour vérifier que les tensions statoriques de la MS varient bien à 50 Hz. Le signal doit alors être parfaitement stable sur l'écran de l'oscilloscope.

• On peut stabiliser le cycle d'hystérésis en faisant (Iex)MS = max puis (Iex)MS = 0 plusieurs fois.

Que se passe-t-il lorsque (Iex)MS varie ? Visualiser la tension statorique de la MS à l'oscilloscope et détailler votre réponse.

Justifier la présence d'une tension non nulle en l'absence de courant d'excitation.

Indiquer le nombre p de paires de pôles de la machine.

• En faisant varier le courant d'excitation de la machine synchrone (Iex)MS croissant ( 5 à 6 points chaque fois) puis décroissant (facultatif) relever :

(Iex)MS nb de spires ? Ev = (VMS)0 PMCC nb de spires ? UMCC IMCC nb de spires ? f = 50 Hz cste

0 A (PMCC)0 (IMCC)0 f = 50 Hz cste

……… f = 50 Hz cste

(Iex)MS MAX f = 50 Hz cste

Facultatif :

(Iex)MS MAX f = 50 Hz cste

……… f = 50 Hz cste

0 A (PMCC)0 f = 50 Hz cste

On fera attention à bien garder une fréquence de 50 Hz en "fixant" la fem à vide sur l'oscilloscope triggé sur "secteur". On réglera pour cela la tension d'alimentation de la MCC UMCC à l'alternostat.

Interprétation :

• Que remarquez-vous sur la courbe Ev = (VMS)0 = f[(Iex)MS] ?

• A quoi sert la puissance électrique PMCC prélevée sur l'alimentation continue ? A quoi correspond (PMCC)0 ? et (IMCC)0 ?

• Tracer PMCC = f[(Iex)MS] puis PMCC - (PMCC)0 = f[(Iex)MS] (rapidement)

• Tracer PMCC- (PMCC)0 = f(Ev²) puis PMCC - (PMCC)0 = f(Ev²) (en fin de TP uniquement)

3.- Essai en court-circuit de l'Alternateur (MS)

Mesures :

• Démarrer la MCC (Excitation alimentée) et régler la vitesse à 1500 tr/min. On pourra utiliser l'Oscilloscope "triggé" sur "Secteur" pour vérifier que les courants statoriques de la MS varient bien à 50 Hz. Le signal doit alors être parfaitement stable sur l'écran de l'oscilloscope.

Que se passe-t-il lorsque (Iex)MS varie ? Visualiser le courant statorique de la MS à l'oscilloscope et détailler votre réponse.

Justifier la présence d'un courant non nul en l'absence de courant d'excitation.*

Retrouver le nombre p de paires de pôles de la machine.

• En faisant varier le courant d'excitation de la machine synchrone (Iex)MS à partir de 0A jusqu'à atteindre un courant statorique (IMS)CC nominal ( 5 à 6 point) relever :

(Iex)MS nb de spires ? (IMS)CC nb de spires ? PMCC nb de spires ? UMCC IMCC nb de spires ? f = 50 Hz cste

0 A (PMCC)0 f = 50 Hz cste

……… f = 50 Hz cste

(Iex)MS (IMS)CC MAX f = 50 Hz cste

On fera attention à bien garder une fréquence de 50 Hz en "fixant" le courant de court-circuit sur l'oscilloscope triggé sur "secteur". On réglera pour cela la tension d'alimentation de la MCC UMCC à l'alternostat.

Sauf indication contraire, le stator de la MS sera couplé en TRIANGLE. On fera attention aux valeurs nominales à ne pas dépasser. Un schéma du couplage sera bienvenu pour vérifier ces valeurs…

Interprétation :

• Que remarquez-vous sur la courbe (IMS)CC = f[(Iex)MS] ?

• A quoi sert la puissance électrique PMCC prélevée sur l'alimentation continue ? A quoi correspond (PMCC)0 ?

• Tracer PMCC = f[(Iex)MS] puis PMCC - (PMCC)0 = f[(Iex)MS] (rapidement)

• Tracer PMCC = f[(IMS)CC ²] puis PMCC - (PMCC)0 = f[(IMS)CC ²] (en fin de TP uniquement)

4.- Essai en continu ("rotor bloqué") Cette mesure est réalisée "à chaud" car les résistances dépendent de la température.

La précision des ohmmètres est insuffisante pour mesurer des résistances de l'ordre du ohm. Au-dessus de quelques ohms, on considèrera la précision suffisante. On utilisera alors la méthode Volt-Ampèremétrique vue dans les précédents TP, utilisant une génératrice stabilisée de courant continu…

Mesures :

• Mesurer la résistance des bobinages statoriques et rotoriques de chacune des machines utilisées :

MCC :

rMCC = résistance de l'induit

RMCC = résistance de l'inducteur

MS :

RS = résistance de l'induit

Rex = résistance de l'inducteur

Interprétation :

En déduire l'ordre de grandeur des pertes Joule dans la MCC lors des essais précédents (PjMCC)max = ?

Calculer la valeur de PjMCC lors des essais précédents.

5.- Détermination des paramètres

Modèle de Behn-Eschenburg :

• Rappeler le schéma équivalent de Behn-Eschenburg d'une phase d'une Machine Synchrone.

• Quelles sont les 4 conditions de validité de ce modèle ? Sont-elles vérifiées ?

• Déterminer les valeurs des paramètres RS et XS du schéma de Behn-Eschenburg.

Bilan des puissances :

• Effectuer un bilan des puissances actives depuis la MCC jusqu'à la charge de l'alternateur.

• Retrouver, si possible, les différentes puissances mises en jeu. En déduire une valeur approchée de RS.

6.- Utilisation de la Machine Synchrone en alternateur pour alimenter des charges passives équilibrées.

Bien que nous ne soyons pas dans le strict cadre d'application du modèle de Behn-Eschenburg, la prise en compte de ce modèle va nous permettre d'expliquer le comportement en charge de la machine synchrone. Pour chaque essai et sauf indication contraire, on débutera l'expérience génératrice à vide avec une tension efficace entre ses phases de 230 V (soit Ev = 133 V entre une phase et le neutre). Par ailleurs, on fera attention à bien maintenir constante à 1500 tr/min (f = 50 Hz) la vitesse de rotation du banc moteur.

Charge résistive équilibrée :

• A 1500 tr/min, régler la tension à vide entre phases à 230 V. On agit pour cela sur le réglage de (Iex)MS.

• Connecter un banc triphasé de résistances variables.

• Sans changer l'excitation (Iex)MS, relever en charge pour différentes valeurs de IMS :

(Iex)MS nb spires ? IMS nb de spires ? UMS VMS PMCC nb de spires ? UMCC IMCC nb de spires ? f = 50 Hz

X A (cf Ev=f[ (Iex)MS] 0 A 230 V 133 V f = 50 Hz

X A 1/2 x IMS max f = 50 Hz

X A IMS MAX f = 50 Hz

• Expliquer la variation de la tension aux bornes de la MS. Peut-on retrouver XS ?

• Régler le courant d'excitation pour retrouver UMS = 230 V en charge (par exemple une charge absorbant IMS MAX ou la moitié). Relever à nouveau

(Iex)MS nb spires ? IMS nb de spires ? UMS VMS PMCC nb de spires ? UMCC IMCC nb de spires ? f = 50 Hz

Y ≠ X 1/2 x IMS max 230 V 133 V f = 50 Hz

• Décrire le flux d'énergie.

• Tracer le diagramme de Fresnel "de principe" puis le véritable diagramme de Fresnel sur papier millimétré. Retrouver si possible les paramètres identifiés précédemment (notamment XS).

Charge inductive équilibrée :

• A 1500 tr/min, régler la tension à vide entre phases à 230 V. On agit pour cela sur le réglage de (Iex)MS.

• Connecter un banc triphasé d'inductances variables.

• Sans changer l'excitation (Iex)MS, relever le courant IMS et la tension UMS , ainsi que en charge pour IMS = IMS max

(Iex)MS nb spires ? IMS nb de spires ? UMS VMS PMCC nb de spires ? UMCC IMCC nb de spires ? f = 50 Hz

X A (cf Ev=f[ (Iex)MS] 0 A 230 V 133 V f = 50 Hz

X A 1/2 x IMS max f = 50 Hz

X A IMS MAX f = 50 Hz

• Expliquer la variation de la tension aux bornes de la MS. Peut-on retrouver XS ?

• Régler le courant d'excitation pour retrouver UMS = 230 V en charge (par exemple une charge absorbant IMS MAX ou la moitié). Relever à nouveau

(Iex)MS nb spires ? IMS nb de spires ? UMS VMS PMCC nb de spires ? UMCC IMCC nb de spires ? f = 50 Hz

Y ≠ X 1/2 x IMS max 230 V 133 V f = 50 Hz

• Décrire le flux d'énergie.

• Tracer le diagramme de Fresnel "de principe" puis le véritable diagramme de Fresnel sur papier millimétré. Retrouver les paramètres identifiés précédemment (notamment XS).

Charge capacitive équilibrée :

• A 1500 tr/min, régler la tension à vide entre phases à 230 V. On agit pour cela sur le réglage de (Iex)MS.

• Connecter un banc triphasé de capacités variables.

• Sans changer l'excitation (Iex)MS, relever le courant IMS et la tension UMS , ainsi que en charge pour IMS = IMSmax

(Iex)MS nb spires ? IMS nb de spires ? UMS VMS PMCC nb de spires ? UMCC IMCC nb de spires ? f = 50 Hz

X A (cf Ev=f[ (Iex)MS] 0 A 230 V 133 V f = 50 Hz

X A 1/2 x IMS max f = 50 Hz

X A IMS MAX f = 50 Hz

• Expliquer la variation de la tension aux bornes de la MS. Peut-on retrouver XS ?

• Régler le courant d'excitation pour retrouver UMS = 230 V en charge (par exemple une charge absorbant IMS MAX ou la moitié). Relever à nouveau

(Iex)MS nb spires ? IMS nb de spires ? UMS VMS PMCC nb de spires ? UMCC IMCC nb de spires ? f = 50 Hz

Y ≠ X 1/2 x IMS max 230 V 133 V f = 50 Hz

• Décrire le flux d'énergie.

• Tracer le diagramme de Fresnel "de principe" puis le véritable diagramme de Fresnel sur papier millimétré. Retrouver les paramètres identifiés précédemment (notamment XS).

Synthèse Des expériences précédentes, déduire les moyens de réglage des paramètres (fréquence et valeur efficace) de la tension alternative sinusoïdale VMS(t) délivrée par l'alternateur synchrone.

ANNEXE

Rappels sur la machine à courant continu :

E Force électromotrice, Φ Flux inducteur, Ω Vitesse de rotation de l'arbre

E = kΦ x Ω

Cem couple moteur électromécanique, Φ Flux inducteur et IMCC courant d'induit.

Cem = kΦ x IMCC

Le flux dans l'inducteur, donc le courant (Iex)MCC, donne la valeur du coefficient kΦ.

ATTENTION : pour un montage à excitation "shunt" (Iex)MCC = U MCC / Rshunt.

Et le modèle électrique donne : U MCC = E + r MCC . IMCC