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Bac pro Métiers de l'électricité et de ses environnements connectés (MELEC) · Bac proBac pro

Les variateurs de vitesse : exercices de Bac pro MELEC

Publié le 9 novembre 2026 · Mis à jour le 9 novembre 2026 · Signaler une erreur

L'essentiel

  • Un variateur électronique règle la vitesse et le couple d'un moteur en faisant varier la tension et, pour un moteur à courant alternatif, le plus souvent la fréquence 5.
  • La rampe d'accélération fixe la durée de mise en vitesse ; elle est linéaire ou en forme de « S » 5.
  • Au démarrage, le variateur applique d'abord une fréquence et une tension faibles, puis les augmente progressivement 5.
  • Un régulateur de vitesse est un variateur en boucle fermée : consigne, signal de retour, correction de l'écart 5.

Comment utiliser ces exercices

Ces exercices te font manipuler les grandeurs que tu rencontres quand tu règles ou que tu dépannes un entraînement à vitesse variable : durée de rampe, fréquence d'alimentation, vitesse du moteur, couple et courant au démarrage, écart de régulation. Ils suivent le chapitre sur les moteurs et leurs démarrages.

Les exercices

Exercice 1 Lire une rampe d'accélération linéaire

★☆☆Environ 5 min

Un variateur est réglé avec une rampe d'accélération linéaire : la vitesse du moteur passe de 0 à 1500 tr/min en 10 s. La rampe est un réglage de la mise en vitesse en fonction du temps 5.

Quelle est la vitesse du moteur à l'instant t=4t = 4 s ?

Indice 1

Une rampe linéaire signifie que la vitesse augmente de la même quantité à chaque seconde.

Indice 2

Calcule d'abord l'augmentation de vitesse par seconde.

Voir la correction pas à pas

  1. On calcule l'augmentation par seconde : 150010=150\dfrac{1500}{10} = 150 tr/min par seconde.

  2. À t=4t = 4 s, la vitesse est celle atteinte après 4 secondes d'augmentation : 150×4150 \times 4.

  3. On obtient 600600 tr/min.

À 4 s, le moteur tourne à 600 tr/min. Sur une rampe linéaire, la vitesse est proportionnelle au temps écoulé.

Exercice 2 Vitesse de synchronisme à 50 Hz

★☆☆Environ 5 min

Un moteur asynchrone possède p=2p = 2 paires de pôles. Il est alimenté directement en 50 Hz. On donne ns=60fpn_s = \dfrac{60 f}{p} (nsn_s en tr/min, ff en Hz).

Calcule sa vitesse de synchronisme.

Indice 1

Remplace ff par 50 et pp par 2 dans la relation.

Indice 2

Multiplie d'abord, puis divise.

Voir la correction pas à pas

  1. On écrit la relation : ns=60fpn_s = \dfrac{60 f}{p}.

  2. On remplace : ns=60×502n_s = \dfrac{60 \times 50}{2}.

  3. On calcule : 30002=1500\dfrac{3000}{2} = 1500.

  4. La vitesse de synchronisme est de 15001500 tr/min.

Sans variateur, ce moteur est à 1500 tr/min de synchronisme. Cette valeur sert de référence pour les exercices suivants.

Exercice 3 Réduire la vitesse en baissant la fréquence

★★☆Environ 8 min

Le moteur de l'exercice précédent (p=2p = 2) est maintenant alimenté par un variateur de fréquence, qui règle la vitesse en faisant varier la fréquence de la tension de sortie 5. Le variateur délivre 25 Hz. On rappelle ns=60fpn_s = \dfrac{60 f}{p}.

Quelle est la nouvelle vitesse de synchronisme ?

Indice 1

La relation est la même, seule la fréquence change.

Indice 2

Compare ton résultat à 1500 tr/min : la fréquence est divisée par deux, la vitesse aussi.

Voir la correction pas à pas

  1. On repart de ns=60fpn_s = \dfrac{60 f}{p}.

  2. On remplace ff par 25 Hz et pp par 2 : ns=60×252n_s = \dfrac{60 \times 25}{2}.

  3. On calcule : 15002=750\dfrac{1500}{2} = 750.

  4. On contrôle : la fréquence a été divisée par 2, la vitesse aussi (1500 → 750).

À 25 Hz, la vitesse de synchronisme est de 750 tr/min. La vitesse varie proportionnellement à la fréquence.

Exercice 4 Couple disponible au démarrage

★★☆Environ 8 min

Un moteur a un couple nominal de 20 N·m. Avec une méthode de démarrage par variateur, il peut typiquement développer 150 % de son couple nominal 5.

Quel couple peut-il fournir au démarrage ?

Indice 1

Convertis 150 % en nombre décimal.

Indice 2

Multiplie le couple nominal par ce nombre.

Voir la correction pas à pas

  1. On convertit : 150 %=150100=1,5150\,\% = \dfrac{150}{100} = 1{,}5.

  2. On multiplie le couple nominal : 1,5×201{,}5 \times 20.

  3. On obtient 3030 N·m.

Le moteur peut fournir 30 N·m au démarrage, soit 10 N·m de plus que son couple nominal.

Exercice 5 Courant limité à faible vitesse

★★☆Environ 8 min

Le courant nominal d'un moteur est de 16 A. Au démarrage, un variateur applique d'abord une fréquence et une tension faibles ; à faible vitesse, le courant qu'il prélève sur le réseau reste typiquement limité à 50 % du courant nominal 5.

Quelle intensité le variateur prélève-t-il sur le réseau à faible vitesse ?

Indice 1

50 % correspond à la moitié.

Indice 2

Calcule la moitié de 16 A.

Voir la correction pas à pas

  1. On convertit : 50 %=0,550\,\% = 0{,}5.

  2. On multiplie : 0,5×160{,}5 \times 16.

  3. On obtient 88 A.

À faible vitesse, le courant prélevé sur le réseau est limité à 8 A. Un démarrage direct provoquerait un courant d'enclenchement bien plus fort, ce que le variateur évite en montant progressivement tension et fréquence 5.

Exercice 6 Écart dans une boucle fermée

★★☆Environ 8 min

Un variateur fonctionne en régulateur de vitesse : la consigne est de 1200 tr/min. Un capteur monté en bout d'arbre renvoie une valeur correspondant à 1150 tr/min 5.

Calcule l'écart entre la consigne et la vitesse réelle. Que fait le variateur ?

Indice 1

L'écart est la différence entre la consigne et le retour.

Indice 2

Pense au rôle du signal de retour.

Voir la correction pas à pas

  1. L'écart se calcule par : consigne − retour.

  2. On remplace : 1200−1150=501200 - 1150 = 50 tr/min.

  3. L'écart est positif : le moteur est trop lent.

  4. Le variateur agit pour ramener la vitesse à sa valeur de consigne 5.

L'écart vaut 50 tr/min. Le variateur corrige jusqu'à ce que le retour rejoigne la consigne : c'est le principe de la boucle fermée.

Exercice 7 Trouver la fréquence pour une vitesse voulue

★★★Environ 12 min

Un moteur de p=3p = 3 paires de pôles doit tourner à une vitesse de synchronisme de 900 tr/min grâce à un variateur de fréquence. On donne ns=60fpn_s = \dfrac{60 f}{p}.

Quelle fréquence faut-il programmer en sortie du variateur ?

Indice 1

Isole ff dans la relation : f=ns×p60f = \dfrac{n_s \times p}{60}.

Indice 2

Vérifie que le résultat est inférieur à 50 Hz, puisqu'on veut ralentir par rapport à la vitesse de base du moteur.

Voir la correction pas à pas

  1. On part de ns=60fpn_s = \dfrac{60 f}{p} et on isole ff : f=ns×p60f = \dfrac{n_s \times p}{60}.

  2. On remplace : f=900×360f = \dfrac{900 \times 3}{60}.

  3. On calcule : 270060=45\dfrac{2700}{60} = 45.

  4. Contrôle : avec p=3p = 3 et 50 Hz, la vitesse serait de 1000 tr/min ; 900 tr/min correspond bien à une fréquence plus basse.

Il faut programmer une fréquence de 45 Hz. La vitesse de 900 tr/min est 90 % de 1000 tr/min, et la fréquence 90 % de 50 Hz.

Exercice 8 Choisir la forme de la rampe

★★★Environ 12 min

Pour chaque installation, choisis entre une rampe linéaire et une rampe en « S », puis justifie. On rappelle que la rampe en « S » est utilisée avec une charge mécanique fortement inertielle, des dispositifs qui manipulent des liquides ou des objets fragiles 5.

  1. Un convoyeur transporte des flacons en verre posés sans fixation.
  2. Un ventilateur simple, sans contrainte particulière sur la mise en vitesse.
  3. Un tambour très lourd, à forte inertie.
Indice 1

Demande-toi si un à-coup d'accélération peut renverser, casser ou faire déraper quelque chose.

Indice 2

Une charge très inertielle réagit mal aux variations brusques d'accélération.

Voir la correction pas à pas

  1. Convoyeur de flacons : des objets fragiles sont manipulés, donc rampe en « S » pour adoucir le début et la fin de l'accélération 5.

  2. Ventilateur simple : aucune contrainte particulière, une rampe linéaire convient 5.

  3. Tambour lourd : la charge est fortement inertielle, donc rampe en « S » 5.

  4. On vérifie qu'à chaque fois le choix est justifié par la nature de la charge, pas par le moteur.

Réponses : 1 en « S », 2 linéaire, 3 en « S ». Le choix de la rampe dépend de ce que le moteur entraîne.

Les questions qu'on se pose

Un variateur sert-il seulement à changer la vitesse ?

Non. Il règle la vitesse et le couple du moteur, en agissant sur sa tension d'alimentation et, pour un moteur alternatif, le plus souvent sur la fréquence 5. Il assure aussi le démarrage progressif, ce qui limite le courant d'enclenchement 5.

Quelle différence entre un variateur et un régulateur de vitesse ?

Le régulateur ajoute un contrôle au variateur : un capteur mesure la vitesse réelle du moteur et la renvoie au variateur. Celui-ci la compare sans cesse à la valeur voulue (la consigne) et, dès qu'un écart apparaît, il agit pour revenir à cette valeur : on parle de boucle fermée 5. Sans ce retour, le variateur applique seulement la tension et la fréquence demandées et ne vérifie pas la vitesse obtenue.

Sources

Programme visé : Référentiel Bac professionnel Métiers de l'Électricité et de ses Environnements Connectés (MELEC) · Éduscol STI / Ministère de l'Éducation Nationale

  1. Référentiel Bac professionnel Métiers de l'Électricité et de ses Environnements Connectés (MELEC), Éduscol STI / Ministère de l'Éducation Nationale. Consulté le 9 novembre 2026.
  2. CT207 - Moteurs électriques et variation de vitesse, Éduscol STI. Consulté le 9 novembre 2026.
  3. Ressources pédagogiques - Variation de vitesse, Éduscol STI. Consulté le 9 novembre 2026.
  4. UE Variation de vitesse - Cours universitaire, Université Grenoble Alpes. Consulté le 9 novembre 2026.
  5. Variateur électronique de vitesse, Wikipédia. Consulté le 9 novembre 2026.
  6. Variateur de vitesse mécanique, Wikipédia. Consulté le 9 novembre 2026.

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