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éolienne bac 06/01
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alternateur |
Pour des besoins en électricité d'un site isolé, l'exploitation d'une éolienne présente de nombreux avantages. Tout en respectant l'environnement, elle permet de faire des économies substantielles par rapport à la dépense liée à un raccordement au réseau EDF. Le système électrique est constitué d'un alternateur (ou aérogénérateur), d'un redresseur, d'une batterie d'accumulateurs et d'un ondulateur. Cet ensemble est étudié dans cet exercice; toutefois, les quatre parties peuvent être résolues séparément. L'alternateur à vide: Le rotor de l'éolienne entraîne un alternateur triphasé à aimants permanents. Les caractéristiques de cette machine synchrone sont les suivantes : - Puissance mécanique nominale : 9kW ; - Fréquence de rotation nominale du rotor : 300tr/min ; Un oscilloscope branché par l'intermédiaire d'une sonde de tension permet d'observer la force électromotrice e par phase, c'est à dire la tension simple apparaissant entre la phase 1 et le fil neutre (voir figure 1). L'oscillogramme est le suivant (figure 2) :  a) Déterminer la période T et la fréquence f de cette tension. b) En déduire le nombre de paire de pôles de l'alternateur sachant que n=240tr/min. c) Calculer la fréquence de la tension lorsque la vitesse augmente à n=300tr/min. d) Déterminer l'amplitude et la valeur efficace V de la tension observée. e) En déduire la valeur efficace de la tension mesurée entre deux phases de l'alternateur triphasé. Quel type d'appareil doit-on utiliser pour mesurer cette tension (nom, type et position)? Stockage de l'énergie électrique. L'énergie est stockée dans une batterie d'accumulateurs pour continuer d'alimenter les récepteurs pendant les périodes de vent faible. Pour cela, on associe à l'alternateur un redresseur, une batterie d'accumulateurs puis un ondulateur. Le schéma de principe est donné sur la figure 3:  a) Quelle est la fonction du redresseur? b) La tension aux bornes des batteries d'accumulateurs est de 240V. Quel appareil doit-on utiliser pour mesurer la valeur moyenne de cette tension (nom, type et position) ? c) Quelle est la fonction de l'ondulateur dans le montage? Citer une autre application de l'ondulateur dans l'industrie. La charge triphasée. L'éolienne permet d'alimenter plusieurs récepteurs dont un moteur asynchrone qui entraîne une pompe. Le réseau 130V / 230V, 50Hz alimente le moteur asynchrone triphasé de 1,1kW dont la plaque signalétique est donnée figure 4:  a) Déterminer le couplage des enroulements du stator. b) Quelle est la valeur efficace de l'intensité du courant traversant un enroulement au régime nominal ? c) Calculer la puissance active absorbée par le moteur au régime nominal. d) Quels composants peut-on ajouter pour améliorer le facteur de puissance de ce récepteur? Proposer un schéma de branchement de ces composants permettant de conserver la charge équilibrée. Les caractéristiques mécaniques du moteur et de la pompe sont données sur la figure 5 :  e) Déterminer la fréquence de rotation du moteur et calculer le glissement. f) Déterminer le moment du couple exercé par la pompe. corrigé |
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altrenateur à vide : Sur l'oscillogramme, la période correspond à 5 divisions d'où la période : T= 5*base de temps = 5*5 = 25 ms = 0,025 s fréquence : f = 1/0,025 = 40 Hz. f = p . n, avec n exprimé en tr / s soit : 240 tr /min = 240/60 = 4 tr /s p = 40 / 4 = 10 paires de pôles pour l'alternateur. pour n = 300 tr / min = 5 tr / s, on a une fréquence de : 5*10 = 50 Hz. Sur l'oscillogramme, l'amplitude correspond à 3 divisions, d'où l'amplitude de la tension: V max = 300 V et Veff = 300/ 1,414 = 212 V. La tension mesurée entre phases a pour expression : U = 1,732 V U = 212 *1,732 = 367 V. Cette tension se mesure avec un voltmètre de type soit magnétoélectrique, soit numérique, en position alternatif. Stockage de l'énergie. La fonction de redresseur est de réaliser une conversion alternatif-continu, pour pouvoir alimenter un récepteur en continu à partir d'une source alternative. La tension moyenne se mesure avec un voltmètre de type, soit magnétoélectrique, soit numérique, en position continu. L'onduleur a pour fonction de réaliser une conversion continu-alternatif, pour alimenter une charge alternative à partir d'une source continue. L'onduleur est aussi utilisé dans l'industrie: - pour alimenter des moteurs synchrones ou asynchrones dont on veut faire varier la vitesse - comme alimentations de secours ( bloc opératoire, système informatique,…) - comme alimentation de dispositif de chauffage par induction ( trempe ou fusion)
La charge triphasée: Le réseau 130 V / 230 V propose une tension composée de U = 230 V entre phases, or chaque enroulement du moteur n'est soumis à cette tension que si le couplage est en triangle. D'après la plaque constructeur, le courant de ligne dans un couplage D230 est égal à 4,8A, le courant dans chaque enroulement ( entre phases ) est donc égal à : J=I / 1,732 = 4,8 / 1,732 = 2,77 A. La puissance absorbée au régime nominal est: P =1,732 U I cosj. P= 230*4,8*1,732*0,78 = 1491 W. Pour améliorer le facteur de puissance, il faut rajouter des condensateurs mettant en jeu une puissance réactive négative. Pour que la charge reste équilibrée, il faut monter 3 condensateurs identiques entre phases.
Le point de fonctionnement est situé à l'intersection des caractéristiques mécaniques du moteur et de la pompe, on lit n = 950 tr / min.
- La fréquence de synchronisme étant de 1000 tr / min ( lue sur le graphe ), le glissement est égal à: g=(ns-n) / ns = (1000-950)/1000 = 5%. f) La lecture du graphe donne : Tpompe = 9 N.m.
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