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D’une manière générale tout circuit électrique peut se représenter sous la forme d’un générateur d’énergie alimentant un récepteur chargé de transformer l’énergie électrique reçue en une autre forme exploitable les deux dispositifs étant reliés par des conducteurs
L’ESSENTIEL D' ÉLECTROTECHNIQUE - Dunod
Recherche d’un point de fonctionnement mécanique La loi d’évolution de la vitesse de rotation d’un groupe machine-charge est régie par le principe fondamental de la dynamique (PFD) Les couples sont algébriques J d dt CC u ? =+ ? J: moment d’inertie de l’ensemble machine-charge entraînée en kg m2 C u: couple utile
NOTIONS DE BASE DE L'ELECTRICITE - Technologue Pro
LECON 1 : NOTIONS DE BASE DE L'ELECTRICITE CHAPITRE 1 : ELECTROCINETIQUE 1 NOTIONS DE BASE DE L'ELECTRICITE 1 - Les grandeurs électriques 1 1 - Le courant électrique 1 1 1 - Généralité Un corps est formé de molécules toutes identiques Les molécules étant elles-mêmes constitués
Comment maîtriser les circuits électriques?
Il est conseillé de traiter l’ensemble des exercices dans l’ordre, de ne pas négliger tel ou tel qui semble facile, et de ne pas succomber trop rapidement à la tentation de lire la solution. La maîtrise des circuits électriques est indissociable de l’e?ort fourni à rechercher soi-même les solutions des problèmes proposés.
Quels sont les notions de base de l'électricité ?
NOTIONS DE BASE DE L'ELECTRICITE . 1 - Les grandeurs électriques . 1.1 - Le courant électrique 1.1.1 - Généralité . ? Un corps est formé de molécules, toutes identiques. Les molécules étant elles-mêmes constitués par un ou plusieurs atomes suivant le corps considéré, ? Au centre de l'atome est situé un noyau duquel gravitent des électrons, ...
Quels sont les principes fondamentaux d’un circuit électrique?
Dé?nitions et principes fondamentaux D’une manière générale, tout circuit électrique peut se représenter sous la forme d’un générateurd’énergie alimentant unrécepteurchargé de transformer l’énergie électrique reçue en une autre forme exploitable, les deux dispositifs étant reliés par des conducteurs.
Quel est le circuit électrique le plus simple ?
Un circuit électrique très simple L'utilisation de l'énergie électrique afin de produire un travail nécessite la réalisation de ce qu'on appelle un circuit électrique. Le plus simple des circuits électriques est sans doute celui constitué par une lampe de poche, bien connue de tous.
ÈMEANNÉEÉNERGIE, RISQUES ETENVIRONNEMENT
SUPPORT DECOURS
D"ÉLECTRICITÉ/ÉLECTROTECHNIQUEDavid FOLIOL"objet du support de cours n"est pas de fournir le cours complet. Il s"agit plutôt d"un guide pour vous aider à
suivre et comprendre le cours. Il vous appartient de le compléter et de l"enrichir des différents éléments abordé
en cours et en TD.Année Universitaire : 2017-2018 ii3A-ERE, Elect
Table des matières
I Électricité3
I.1 Notions de base de l"électricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3I.1.1 Les grandeurs électriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3I.1.2 Énergie et puissance électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5I.1.3 Les dipôles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6I.2 Le régime monophasé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10I.2.1 Les signaux électriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10I.2.2 Dipôles en régime alternatif sinusoïdal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13I.2.3 Énergie et puissance en monophasé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14I.3 Réseaux et distributions triphasés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18I.3.1 Systèmes Triphasés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19I.3.2 Distribution Triphasée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20I.3.3 Récepteurs Triphasés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21I.3.4 Puissances en triphasé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23II Électrotechnique25
II.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25II.1.1 Transport et Distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25II.1.2 Les risques électriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26II.1.3 Moyens de protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27II.2 Le transformateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30II.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30II.2.2 Constitution d"un transformateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30II.2.3 Principe de fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31II.2.4 Le transformateur parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31II.2.5 Adaptation d"impédance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32II.2.6 Le transformateur réel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33II.2.7 Les pertes de puissance d"un transformateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
II.2.8 Bilan Énergétique et Rendement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35II.3 Machine Asynchrone (MAS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38II.3.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38II.3.2 Constitution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38II.3.3 Fonctionnement du moteur asynchrone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
II.3.4 Caractéristiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41II.3.5 Modélisation et mise en équation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42II.4 Machine Synchrone (MS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44II.4.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44II.4.2 Principe de Fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 4II.4.3 Constitution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46II.4.4 Alternateur synchrone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46II.4.5 Bilan des puissances et pertes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49II.5 Moteur à courant-continu (MCC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50II.5.1 Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50II.5.2 Mise en équation et Modèles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51A Références Bibliographiques 57iii
TABLE DES MATIÈRESiv3A-ERE, Elect
Avant de commencer
Pourquoi s"intéresser à l"électricité/électrotechnique?Du fait de leurs multiples avantages (souplesse/facilité d"utilisation, excellent rendement, performances
élevées...) on peut constater aujourd"hui que l"énergie électrique c"est très largement généralisé, et
est devenue aujourd"hui facilement accessible et disponible quasiment partout en France. L"une despropriétés particulières de l"énergie électrique est que certaines de ses caractéristiques dépendent à
la fois du producteur/distributeur d"électricité, des fabricants d"équipements et du client. Ainsi bon
nombre de dispositif électrique ont la particularité d"être à la fois sensibles aux perturbations de la
tension (ou du courant) électrique, et sont également générateurs de perturbations (eg. problème
de compatibilité électrique - CEM). En particulier, c"est une énergie clé reliée directement ou
indirectement, et ce de façon réversible aux autres formes d"énergies.L"électrotechnique ou le génie électrique industriel est une partie de la physique qui concerne l"étude
des applications techniques de l"électricité.Traditionnellement on associe l"électrotechnique aux "courants forts", par opposition aux "courants
faibles" qui seraient du domaine exclusif de l"électronique. Cependant si on rencontre bien en électro-
technique :•de très fortes puissances, de plusieurs mégawatts (MW) à quelques milliers de MW, principalement
lors de la production et du transport de l"énergie électrique Ex.: une tranche de centrale nucléaire a une puissance de 1300 MW•on rencontre aussi de faibles puissances, de l"ordre du kW ou du W, pour le chauffage, l"électroménager,
etc.;Le génie électrique industriel a un champ d"application extrêmement vaste, elle concerne de très
nombreuses entreprises industrielles, dans les domaines de la production et du transport de l"énergie
électrique EDF, RTE, Areva, Siemens, Alstom, Alcatel, General Electric, etc. ), dans les équipements
électriques (Leroy Sommer, Legrand, Schneider Electric, Bosch, Valéo, etc. ), dans les transports
utilisant des moteurs électriques ( SNCF, RATP, Alstom, etc. ), en électronique de puissance (ST
Microelectronics, Safran (ex Sagem), etc. ), et également dans des domaines plus inattendus comme l"aérospatial (EADS, etc. ).L"électrotechnique est liée étroitement à l"électronique et à l"automatique (disciplines de l"E.E.A.)
auxquelles elle a fréquemment recours, en particulier pour la commande des moteurs.1 23A-ERE, Elect
Chapitre I
ÉLECTRICITÉI.1 Notions de base de l"électricitéLes grandeurs physiques
Unegrandeur physiqueest une quantité qui peut se calculer ou semesurer. Elle peut être décrite
par un nombre réel, un nombre complexe, un vecteur, etc., parfois accompagné d"uneunité de mesure
(mais pas toujours!). Certaines grandeurs physiques sont liées par une relation mathématique, dite
loi physique.Unegrandeur algébriqueest une grandeur physique affectée d"unsigne, ce qui permet d"en orienter
le sens sur un axe donné.I.1.1 Les grandeurs électriques
I.1.1.A Le courant électriqueDéfinition 1(Courant électrique).Uncourant électriqueest la grandeur algébriquecorrespondant à la circulation deporteurs de charges mobiles(p.c.m.) électriques dans unconducteur. ,!Par convention, le sens du courant est le sens de déplacement des charges positives.Lacharge électrique(notéeq)est une propriété fondamentale des particules élémentaires qui consti-
tuent la matière. Elle s"exprime en coulombCou enA=s ,!Charge élémentaire :q= 1:602171019CI.1.1.B Milieu conducteur
Un milieu est dit conducteur s"il existe des p.c.m. (électrons, ions, etc.) susceptibles de se déplacer
dans tout le milieu. Dans le cas contraire, le milieu est ditisolant.I.1.1.C Différents types de courant
Courantparticulaire: particules chargées se déplaçant dans le vide Courant deconvection: mouvement des p.c.m. provoqué par le mouvement de leur support matériel chargé .Courant deconduction?: déplacement des p.c.m. dans un milieu fixe dans le référentiel d"étude.
I.1.1.D Différents types de porteurs de charges (p.c.m.) Dans les métaux : électrons libresq=e(charge élémentairee= 1:602171019C).Chaque atome du métal libère un ou plusieurs électrons qui se propagent librement dans le métal.
Dans les semi-conducteurs : électrons libres (chargeq=e) et trous (chargeq= +e). Dans les liquides : cations (ions+), anions (ions).Dans les gaz : porté à très haute température, il peut y avoir ionisation d"une partie d"un gaz dans
certaines conditions comme une décharge électrique, on parle de plasma.3 I.1 Notions de base de l"électricité4I.1.1.E L"intensité du courant électrique Définition 3(Intensité électrique).On désigne l"intensité du cou- rant électriquei(t)à travers une section (S) de conducteur, le débit de chargesdq(t)qui traverse la section (S) de conducteur pendant un intervalle de tempsdt, soit : i(t) =dq(t)dt(I.1)Le courant d"un circuit ouvert est nul!I.1.1.F Potentiel et Tension électrique
Dans un conducteur, le mouvement des p.c.m. est du à la force éléctromagnétique : !F=q!E(P) avec !E(P)le champs électrique au pointPdu conducteur. Généralement, le champ électrique!E(P)est imposé par un élément générateur. La connaissance de!E(P)permet de déterminer lepotentiel électriqueVdont il découle : V=ZS!Ed!l(I.3)Définition 5(Potentiel électrique).Lepotentiel électrique, exprimé en volts (V) dans le S.I.,
est l"une des grandeurs définissant l"état électriqued"un pointPde l"espace. Il est défini à partir de
la distribution des charges électriques dans l"espace à l"aide de l"application de laloi de Coulombà
une distribution volumique de charge et en utilisant leprincipe de superposition.Définition 6(Tension électrique).Latension électrique(aussi confondue avec ladifférence de
potentiel), est lavaleur algébriquecorrespondant à la circulation du champ électrique!Ele long
d"un circuit. Latension électriqueUABentre les pointsAetB, est la différence entre les potentielsVAau pointAetVBau pointB: UAB=VAVB(I.4)U
ABest une grandeur algébrique, c"est-à-dire :UAB=UBA. Elle se mesure au moyen d"un voltmètre
ou d"un oscilloscope (branché en parallèle).La tension au bornes d"un court-circuit (ou fil) est nulle
Conséquence, une source de tension branché entre 2 points au même potentiel ne fonctionne pas.On parle de la tensionaux bornesd"un dipôle, et de l"intensitétraversantce dipôle.3A-ERE, Elect
5Chap. I : L"ÉlectricitéI.1.2 Énergie et puissance électrique
Définition 9(Énergie).En physique, l"énergiecorrespond à la capacité de faire untravail, c-à-d.
d"agir (unité joules :J)L"énergie constitue "un
pont" entre les différents domaines de la physiqueConservation de l"énergie : "Rien ne se perd, rien ne se crée tout se transforme" (Lavoisier, 1789)
,!L"énergie électrique :E=Z t2 t 1uAB(t)i(t)dtouE=QVDéfinition 10(Puissance).En physique, lapuissanceest la quantité d"énergiepar unité de temps
fournie par un système à un autre. Lapuissancep(t)est undébit d"énergie:p(t) =dE(t)dt(unité watt :W)Définition 11(Puissance électrique).Lapuissance électriqueins-
tantanéeéchangé par un dipôle est définit par le produit : p(t) =uAB(t)i(t)(I.7),!La puissance électrique se mesure au moyen d"un wattmètre Bilan des puissances dans un circuit électrique :Puissanceabsorbéeà l"entrée :Pa
Puissanceutiliséeà la sortie :Pu
Puissanceperdue(ou perte) :Pp
,!Principe de la conservation de l"énergie : P a=Pu+Pp Le dipôle A (eg.générateur)fournitla puissancePfau circuit ,!Papeut être une puissance mécanique(alternateur), chimique(pile), thermique(module Peltier), ou rayonnante(photovoltaïque). Le dipôle B (eg.récepteur)reçoitla puissancePrdu circuit,!Pupeut être une puissance mécanique(moteur), chimique(électrolyse), thermique(effet joule), ou
rayonnante(ampoule).Générallement on considère :Pf+Pr= 0(pas de perte dans les "fils")©Année Universitaire : 2017-2018,David FOLIO
I.1 Notions de base de l"électricité6Rendement :=PsortieP entree=PuP a,=PaPpP a=PuP u+Ppp(t) =uAB(t)i(t) Puissance électriquep(t))grandeur algébrique sip(t)0, alors il s"agit d"unepuissanceconsomméepar le dipôle,dipôle récepteursinonp(t)0, alors il s"agit d"unepuissancefourniepar le dipôle,dipôle générateurCeci est vrai pour laconvention récepteurEn convention générateur c"est l"inverse!
I.1.3 Les dipôles
I.1.3.A Notions de dipôle et définitionsDéfinition 12(Le dipôle).Undipôleest unconducteur électriquepossédantdeux bornes.
Le comportement d"un dipôle est caractérisé par : la tension ou différence de potentielle (d.d.p.) entre ces bornes (A et B) :UAB= (VAVB) le courantIqui le traverse.,!Conservation de la charge: à tout instant le courant entrant par une borne est égal au courant
sortant par l"autre borne.I.1.3.B Caractéristique des dipôlesDéfinition 13(La caractéristique d"un dipôle).La relation liant le courantIà la d.d.p.UAB(et
réciproquement) est appelécaractéristique électriquedu dipôle.,!Par extension la caractéristique électrique désigne aussi lareprésentation graphiquede cette
fonction.On distingue :
lacaractéristique statiqueenrégime stationnaire ,!la relation entreIetUABne comporte ni dérivée, ni primitive.lacaractéristique dynamiqueenrégime variableDéfinition 14(Points de fonctionnement).Soit deux di-
pôles A (générateur) et B (récepteur) possédant chacune leur caractéristique tension-courant propre :U=fA(I)etU=fB(I)
L"intersection de c"est deux caractéristiques définit lepoint de fonctionnementQ= (UQ;IQ)de l"ensemble du montage.3A-ERE, Elect7Chap. I : L"ÉlectricitéTableI.1 - Exemple de caractéristique électriqueIU
ABIU ABIUABU=RIU=U0U=U0RIIU
ABIU ABIU ABI.1.3.C Classification des dipôles électriqueUn dipôle est dit
ACTIFs"ilpeutde fournir de l"énergie électrique de façon permanente ,!dipôle générateur, mais aussi et certains récepteurs. PASSIFs"ilne peutfournir de l"énergie électrique de façon permanente. ,!Sa caractéristique passe par l"origine (ie.I= 0siUAB= 0) ,!dipôle récepteur. SYMÉTRIQUEsi sa caractéristique est symétrique par rapport à l"origine.,!un dipôle symétrique est toujours un dipôle passif, et son comportement n"est pas modifié si
on inverse le sens du courant : il n"estpas polarisé. LINÉAIREsi sa caractéristique est définit par •une fonction linéaire (eg. l"équation d"une droite) :I=pUAB+qouUAB=aI+b(I.8)
•ou une équation différentielle linéaire à coefficient constant : N X k=0a kdku(t)dtk=MX p=0bpdpi(t)dtp(I.9)Un circuit électrique est ditlinéaires"il est constituéuniquementdecomposants linéaires.I.1.3.D Conventions
Convention récepteurs :
Le courant et la tension sont orientés en sens inverse. Cela permet d"obtenir deux grandeurs positives pour des dipôles s"opposant à la circulation du courant.Convention générateur :
Le courant et la tension sont orientés dans le même sens. Cela permet d"obtenir deux grandeurs positives pour des dipôles favorisant la circula- tion du courant. Grandeurs électriquesGrandeurs algébriques: les grandeurs électriquescourant et tension sont desgrandeurs algébriques: leurs signes dépendent de la convention utilisée. ,!La caractéristique d"un dipôle dépendra de la convention choisie.©Année Universitaire : 2017-2018,David FOLIO
I.1 Notions de base de l"électricité8I.1.3.E Dipôles linéaires passifsDipôles passifs linéaires:
,!PASSIF: le dipôlene peutfournir de l"énergie électrique de façon permanente (,p(t)0). ,!LINÉAIRE: la caractéristique électrique du dipôle est linéaire ,!Sa caractéristique passe par l"origine (ie.I= 0siUAB= 0) ,!dipôle récepteur.IU ABIU AB,!Les dipôles passifs linéaires sont aussi desdipôles symétriquesLa résistance
La résistance est un "dipôle résistif" , aussi appeléerésistorouconducteur ohmique.Équation caractéristique : laloi d"Ohm
u(t) =Ri(t),i(t) =Gu(t)(I.10),!avecRlarésistance(unité : ohm, ), etG= 1=Rlaconductance(unité : siemens,S)QuandR!0
(ouG! 1): le résistor,court-circuit(U!0).QuandR! 1
(ouG!0): le résistor,circuit ouvert(I!0).Le conducteur ohmique correspond à undipôle linéaire,passifetsymétriquese comportant en
dipôlerécepteur(p(t)0).Ce comportementlinéaireidéalen"est vrai que sur un "domaine de fonctionnement".Le Condensateur
Uncondensateur(Eng.:capacitor) est uncomposant électronique, qui est constitué dedeux arma-tures conductricesqui se font faces séparées par undiélectrique,de permittivité absolue".
Équation caractéristique du condensateur :
i(t) =Cdu(t)dt,u(t) =1C Z t t0i()d(I.11)
,!avecClacapacité(unité : farad,F)Siu(t) = Cstealorsi(t) = 0,8C, le condensateur se comporte comme un circuit ouvert.3A-ERE, Elect
9Chap. I : L"ÉlectricitéIl existe des condensateurs ditspolarisé(ie. non-symétrique) : ils ont une
borne positives et une négative.,!Même principe que les condensateurs classique,mais une inversion de la polarité peut conduire à la
destruction du composant!La Bobine Unebobineouinductance(Eng.:selfou Eng.:inductor) est constituée deNspiresobtenuespar enroulement d"un fil métallique (eg. du cuivre) éventuellement autour d"un noyau en matériau
ferromagnétique (noyau de fer).Équation caractéristique du condensateur :
u(t) =Ldi(t)dt,i(t) =1L Z t t0u()d(I.12)
,!avecLl"inductance(unité : henry,H)Sii(t) = Cstealorsu(t) = 0,8L, la bobine se comporte comme un court-circuit.La bobine est un composant de l"électronique que l"on peut difficilement miniaturiser, rendant sont
intégration sur dans certains circuit difficile.I.1.3.F Dipôles linéaires actifs Un dipôle est ditactifs"il est capable de fournir de l"énergie électrique de façon permanente. ,!Il s"agit principalement des dipôles générateurs (ou sources).Deux familles de sources : les générateurs de tensions les générateurs de courantDeux types de sources :
lessources indépendantes(par défaut) lessources liées: la grandeur électriquedépendd"un paramètre (eg. tension ou courant) du circuit.Pour les sources actives, on adopte la convention générateur!Année Universitaire : 2017-2018,David FOLIO
I.2 Le régime monophasé10I.2 Le régime monophaséI.2.1 Les signaux électriques
Un signal électrique peut être caractérisé par sa forme : continue ou variable, périodique ou non,
unidirectionnel ou alternatifs, etc. On distingue également : lessignaux analogiques: variationcontinuedans le temps des signaux électriques ,!Information : valeurs instantanées des grandeurs électriques lessignaux numériques: variationbinairedes signaux électriques ,!Codage de l"informationI.2.1.A Le régime variable
Contrairement au régime continu où les grandeurs électriques sontconstantespar rapports aux temps, les grandeurs du régime variable évoluent en fonction du temps.Fig. I.1 - Quelques exemples de signaux variables
I.2.1.B Les signaux périodiques
Parmi la multitude de signaux variables, on s"inté- resse principalement aux signaux électriques pério- diques.Définition 1(Signaux périodiques).Un signal temporel est périodique de périodeTssi : x(t+kT) =x(t);8t2R+;8k2N(I.13)quotesdbs_dbs26.pdfusesText_32[PDF] master sciences de l'éducation forum
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