Machines électriques : transformateurs, moteurs et génératrices
Transformateurs
Le transformateur monophasé se caractérise par le rapport de transformation m = N₂/N₁ = U₂/U₁ (à vide). Le candidat doit connaître le bilan de puissances : P₁ = P₂ + pertes fer + pertes cuivre, le rendement η = P₂/P₁, et l'essai à vide (pertes fer) et en court-circuit (pertes cuivre). Le glissement n'existe pas ici ; en revanche, la chute de tension en charge et le facteur de puissance sont essentiels.
Machines à courant continu
Pour une MCC : E = kΦΩ et T = kΦI. Le moteur à excitation indépendante se caractérise par sa vitesse proportionnelle à la tension d'induit et son couple proportionnel au courant. La génératrice à courant continu fournit E = U + RI. Les pièges portent sur le sens de la fém (moteur : fém contre-électromotrice) et sur la séparation des pertes collectives.
Machines à courant alternatif
Le moteur asynchrone triphasé a pour vitesse de synchronisme n_s = 60f/p et un glissement g = (n_s − n)/n_s. Le couple utile dépend de la caractéristique mécanique ; le rendement se calcule par le bilan de puissances (P_abs = √3 UI cos φ). La machine synchrone, utilisée en alternateur, tourne exactement au synchronisme.
Exemple travaillé
Un transformateur de 10 kVA, essai à vide : P₀ = 120 W ; essai en court-circuit : P_cc = 250 W à pleine charge. À pleine charge avec cos φ = 0,8, P₂ = 10 000 × 0,8 = 8 000 W. Rendement η = 8 000/(8 000 + 120 + 250) ≈ 0,956, soit 95,6 %. Règle : le rendement maximal est atteint quand pertes fer = pertes cuivre.
Pièges
Confondre vitesse de synchronisme et vitesse nominale ; oublier le √3 en triphasé ; utiliser le rendement à vide au lieu du rendement en charge.