Examens corriges

Cours d'Électrotechnique - Entraînements Électriques HEI 3

Présentation du document pédagogique

Ce document de cours d'électrotechnique s'adresse aux étudiants en troisième année du cycle ingénieur (HEI 3) à l'École des Hautes Etudes d'Ingénieur de Lille. Rédigé par M. Nasser pour l'année universitaire 2013/2014, ce support de cours porte sur la deuxième partie du programme consacrée aux entraînements électriques et à l'étude des différentes machines tournantes.

Le document aborde en détail la structure, le fonctionnement, la modélisation et le choix des machines électriques industrielles, ainsi que les principes fondamentaux de l'électronique de puissance et des variateurs de vitesse associés.

Structure et chapitres principaux

Le polycopié est structuré en plusieurs chapitres progressifs qui couvrent l'ensemble des notions indispensables à la compréhension des entraînements électriques industriels :

  • Généralités sur les machines électriques tournantes : introduction aux lois de la conversion électromécanique, constitution des machines, types de services (S1 à S9), indices de protection IP et IK, lecture de plaque signalétique et analyse des couples résistants.
  • Machines à courant continu : étude de la constitution, du schéma électrique équivalent, de la force électromotrice, du couple électromagnétique et du bilan des puissances pour les moteurs à excitation indépendante et série.
  • Machines synchrones : analyse de la structure des alternateurs et moteurs synchrones, principes de fonctionnement en générateur, schémas équivalents monophasés et bilans énergétiques.
  • Machines asynchrones : description du stator et des rotors à cage ou bobinés, notion de champ tournant, glissement, formules de Ferraris, schémas équivalents, méthodes de démarrage et moteurs monophasés.
  • Critères de choix d'un moteur : comparaison entre technologies électriques et thermiques, prise en compte des caractéristiques de la machine entraînée, des conditions d'utilisation, de l'inertie et des contraintes d'alimentation.
  • Introduction à l'électronique de puissance : étude des composants semi-conducteurs (diodes, thyristors, transistors) et des principaux convertisseurs statiques (redresseurs non commandés et commandés, hacheurs, onduleurs et gradateurs).
  • Variateurs de vitesse : application de la variation de vitesse aux machines électriques, commande scalaire et contrôle de tension.

Exercices et applications pratiques

Tout au long du document, de nombreux exercices pratiques et questions de cours permettent de mettre en application les notions théoriques abordées. Ces cas d'étude concernent notamment l'analyse de barres mobiles dans un champ magnétique, le dimensionnement de pompes centrifuges, le calcul de rendements et de couples pour des treuils de levage, ainsi que l'étude de schémas de redressement et de conversion d'énergie.

Méthodes d'utilisation pour les révisions

Ce support constitue un outil de travail complet pour préparer les épreuves d'électrotechnique. Il est conseillé d'étudier chaque chapitre en s'appuyant sur les schémas équivalents fournis, puis de refuser les calculs de bilans de puissance et de couples par soi-même avant de consulter les applications corrigées ou guidées. La maîtrise des plaques signalétiques et des régimes de fonctionnement des moteurs asynchrones et à courant continu y est particulièrement développée.

Questions fréquentes

À quel niveau d'études ce cours d'électrotechnique est-il destiné ?

Ce document est conçu pour les étudiants en troisième année du cycle ingénieur (HEI 3) à l'École des Hautes Etudes d'Ingénieur, sous la direction de M. Nasser pour l'année 2013/2014.

Quelles sont les trois grandes catégories de machines électriques étudiées ?

Le cours aborde principalement les machines à courant continu, les machines synchrones (alternateurs et moteurs) et les machines asynchrones (notamment les moteurs à cage et à rotor bobiné).

Quel est l'objectif du chapitre consacré à l'électronique de puissance ?

Il présente les composants de base comme les diodes, thyristors et transistors, ainsi que les convertisseurs statiques tels que les redresseurs, hacheurs, onduleurs et gradateurs utilisés pour alimenter et commander les moteurs électriques.

Testez vos connaissances

Question 1

Quel est le rôle principal d'un moteur électrique selon le premier chapitre du cours ?

  1. Convertir de l'énergie mécanique en énergie thermique
  2. Convertir de l'énergie électrique en énergie mécanique
  3. Stocker de l'énergie électrique sous forme chimique
  4. Maintenir un champ magnétique constant sans apport d'énergie

Réponse correcte : Convertir de l'énergie électrique en énergie mécanique

Explication : Un moteur électrique est un convertisseur réversible qui reçoit de l'énergie électrique en entrée et fournit de l'énergie mécanique en sortie pour entraîner une machine.

Question 2

Comment définit-on le glissement g d'une machine asynchrone à partir de la vitesse de synchronisme Ns et de la vitesse du rotor N ?

  1. g = (N - Ns) / N
  2. g = (Ns - N) / Ns
  3. g = Ns / N
  4. g = N x Ns

Réponse correcte : g = (Ns - N) / Ns

Explication : Le glissement est une grandeur sans dimension qui traduit l'écart entre la vitesse du champ tournant statorique (vitesse de synchronisme Ns) et la vitesse réelle du rotor N.

Question 3

Quelle classe thermique d'isolation est la plus courante pour les machines électriques mentionnées dans le cours ?

  1. La classe A
  2. La classe E
  3. La classe F
  4. La classe H

Réponse correcte : La classe F

Explication : Le cours précise que la capacité d'une machine à supporter un régime permanent sous l'effet de la température est définie par sa classe thermique, la plus courante étant la classe F.

Question 4

Quel composant électronique de puissance est utilisé pour réaliser un pont redresseur non commandé de type Graëtz monophasé (PD2) ?

  1. Des transistors MOS
  2. Des thyristors uniquement
  3. Des diodes
  4. Des résistances variables

Réponse correcte : Des diodes

Explication : Le pont de Graëtz non commandé utilise quatre diodes pour redresser une tension alternative en une tension unidirectionnelle sans possibilité d'agir sur la valeur moyenne de sortie.





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