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Chapitre 1 Electrotechnique /  Editions de la Dunanche / septembre 2000 1 Chap

Chapitre 1 Electrotechnique /  Editions de la Dunanche / septembre 2000 1 Chapitre 1 NOTIONS FONDAMENTALES Sommaire • L'électricité • Les formes d'énergies • Les unités et grandeurs SI • Les préfixes SI • Entraînement Introduction Le système international, conçu de façon rigoureusement scientifique a pour but que chaque grandeur physique ne peut se définir que d’une seule manière à l’aide des unités de base. Dans ce chapitre, nous présentons d’une part le système international d’unités, d’autre part la production et le transport de l’énergie électrique. 1.1 L'électricité L'électricité est une forme d'énergie. Le tableau de la page suivante nous donne un aperçu des différentes formes d'énergies et des multiples possibilités de transformer une énergie quelconque en une énergie électrique. En Europe, les énergies hydraulique, nucléaire et chimique sont utilisées au niveau industriel. Les autres énergies sont soit: expérimentales impropres aux situations géographiques impropres aux politiques énergétiques Ces énergies sont parfois appelées RENOUVELABLES. L'énergie électrostatique nous mènera, au début, à la découverte de l'électricité et nous permettra de refaire le chemin des différents usages de l'électricité au cours des siècles. Chapitre 1 Electrotechnique /  Editions de la Dunanche / septembre 2000 2 1.HYDRAULIQUE 9. ELECTRO- STATIQUE 2. NUCLEAIRE 3. CHIMIQUE 4. MARITIME 5. SOLAIRE 6. EOLIENNE 7. CINETIQUE 3'. CHIMIQUE 8. LUMINEUSE Energie stockable Energie calorifique Energie stockable Energie électrique Barrage Energie mécanique non alternative Energie électrique continue Au fil de Marée motrice Uranium Pétrole l'eau Charbon Réacteur Chaudière Plomb-zinc Cd-nickel Soleil Vent Cellule photo- Rotation d'un volant d'inertie Foudre Turbine PELTON Turbine KAPLAN FRANCIS Alternateur Alter na teur Mot. Turbine à vapeur Turbine à vapeur Alternateur Alternateur Turbine Alternateur Turbine à vapeur Alternateur Alternateur Alternateur Convertisseur Redresseur Convertisseur Onduleur p o m p e Perturbations voltaïque etc. pompage Chaudière Tableau des énergies 1.2 Transport Les réseaux électriques sont utilisés pour transporter l'énergie électrique de la centrale jusqu'à l'utilisateur. Ils sont composés de lignes, de postes de transformateurs et de postes de couplages. Vous êtes tous connectés à un réseau électrique appartenant soit à EDF pour la France, ou à un fournisseur d'énergie (CVE, SEL, SICEL, SEIC, SIN, EEF) pour la Suisse. Il est bien entendu que tous ces réseaux sont reliés entre eux et portent alors le nom de réseaux interconnectés. Cette interconnexion touche toute l'Europe. 1.3 Existence de l’électricité L'énergie électrique, appelée communément électricité, n'est en définitive qu'une énergie secondaire. Seuls ses effets sont connus. Ils sont de forme: 1. calorifique (radiateur, chauffe-eau, four ménager, etc.) 2. lumineuse (tube fluorescent, télévision, foudre, etc.) 3. magnétique (moteur, téléphone, instrument de mesure, etc.) 4. chimique (pile, accumulateur, etc.) Chapitre 1 Electrotechnique /  Editions de la Dunanche / septembre 2000 3 1.4 Unités et grandeurs SI Lors de la résolution d'un problème en électrotechnique, nous devons suivre une méthode de travail rigoureuse pour nous garantir un résultat correct. Pour cela il nous faut utiliser les formules correctes, les unités correspondantes ainsi que les bonnes valeurs. Une formule peut être simple ou compliquée, sa compréhension en sera facilitée par une bonne connaissance des symboles utilisés. Il existe deux types de symboles : symbole de l'unité : Il représente l'unité utilisée dans le calcul. Il est écrit soit en majuscules, soit en minuscules, suivant son origine. Il se différencie du symbole de la grandeur car il est toujours entouré de crochets symbole de la grandeur : Il représente la grandeur utilisée. Comme le symbole de l'unité, il est écrit soit en majuscules, soit en minuscules. Il n’est jamais entre crochets Prenons comme exemple la formule de la vitesse constante v : Elle n'est formée que de symboles de grandeur. Si nous décomposons cette formule nous pouvons dire pour chaque composant : v est le symbole de grandeur de la vitesse. Son unité est le mètre par seconde et le symbole de celle-ci est [m ⋅ s-1] s est le symbole de grandeur du déplacement Son unité est le mètre et le symbole de celle-ci est [m] t est le symbole de grandeur du temps Son unité est la seconde et le symbole de celle-ci est [s] v s t = Chapitre 1 Electrotechnique /  Editions de la Dunanche / septembre 2000 4 Les unités que nous utiliserons sont normalisées et portent le nom de UNITES SI, ce qui signifie Système International. Table de quelques symboles et unités SI GRANDEURS Symboles Symboles UNITES longueur l [m] mètre masse m [kg] kilogramme surface A [m 2] force de pesanteur poids G [N] newton accélération g [m/s2] mètre par seconde carrée vitesse v [m⋅s-1] mètre par seconde hauteur h [m] mètre temps t [s] seconde fréquence f [Hz] hertz pression p [Pa] pascal énergie, travail W [J] joule puissance P [W] watt rendement η ( êta ) grandeur sans unité température θ ( thêta ) [°C] degrés Celsius température absolue T [K] kelvin quantité de chaleur Q [J] joule chaleur massique c [J⋅kg-1⋅K-1] joule par kilogramme et par kelvin intensité du courant I [A] ampère résistance électrique R [Ω] ohm conductance G [S] siemens impédance Z [Ω] ohm tension électrique U [V] volt quantité d'électricité Q [C] coulomb conductivité γ ( gamma ) [Ω ⋅ m]-1 ohm par mètre résistivité ρ ( rhô ) [Ω ⋅ m] ohm mètre capacité C [F] farad inductance L [H] henry flux magnétique Φ ( phi ) [Wb] weber induction magnétique B [T] tesla intensité lumineuse I [cd] candela éclairement E [lx] lux flux lumineux Φ ( phi ) [lm] lumen Chapitre 1 Electrotechnique /  Editions de la Dunanche / septembre 2000 5 1.5 Préfixes SI En technique, nous devons exprimer des mesures avec des unités physiques mal appropriées à notre domaine, mais normalisées par le système international d'unité SI. Par exemple, la tension U du réseau électrique peut être composée de plusieurs valeurs, 380000 [V], 125000 [V], ou 20000 [V] et la vitesse d'une moto est donnée en [km ⋅ m-1] , et non pas en [m ⋅ s-1]. Ces nombres sont très longs et ne sont pas représentatifs. Pour des commodités d'emplois, des préfixes se placent devant l'unité, sans intervalle. 380000 [V] = 380 ⋅ 1000 [V]. Le préfixe qui correspond à 1000 est kilo. Nous pouvons donc écrire 380⋅ kilo [V]. Dans la règle, kilo est symbolisé par la lettre minuscule k. 380000 [V] = 380 [kV] Afin de pouvoir bien différencier symbole de la grandeur et symbole de l'unité, dans le livre, tous les symboles des unités sont entre des crochets,. Tableau des préfixes Préfixes Symboles Facteur multiplicateur de l’unité Notion scientifique yotta Y 1 000 000 000 000 000 000 000 000 1024 zetta Z 1 000 000 000 000 000 000 000 1021 exa E 1 000 000 000 000 000 000 1018 peta P 1 000 000 000 000 000 1015 tera T 1 000 000 000 000 1012 giga G 1 000 000 000 109 mega M 1 000 000 10 6 kilo k 1 000 10 3 unité 1 10 0 milli m 0,001 10 -3 micro µ 0,000 001 10 -6 nano n 0,000 000 001 10 -9 pico p 0,000 000 000 001 10 -12 femto f 0,000 000 000 000 001 10-15 atto a 0,000 000 000 000 000 001 10-18 zepto z 0,000 000 000 000 000 000 001 10-21 yocto y 0,000 000 000 000 000 000 000 001 10-24 Chapitre 1 Electrotechnique /  Editions de la Dunanche / septembre 2000 6 1.6 Entraînement 1. Donner la définition de l'électricité. 2. Citer les différentes formes d'énergies. 3. Citer les énergies primaires. 4. Comment peut-on constater la présence d'électricité ? 5. Donner le nom de récepteur produisant un effet calorifique. 6. Donner le nom de récepteur produisant un effet chimique. 7. Donner le nom de récepteur produisant un effet lumineux. 8. Donner le nom de récepteur produisant un effet magnétique. 9. Comment distingue-t-on une unité d'une grandeur ? 10. Quelle est la progression utilisée dans la notation scientifique ? 11. Ecrire les valeurs suivantes en puissance de dix et en notation scientifique. - Un courant de 0.0000593 [A] - Une tension de 15000 [V] - Une résistance de 27000 [Ω] - Une puissance de 2650000 [W] - Une fréquence de 32768 [Hz] - Un condensateur de 0.000000015 [F] 12. Ecrire les valeurs suivantes en remplaçant le préfixe par la puissance de dix. - Une résistance de 3.3 [MΩ] - Une fréquence de 566 [THz] - Une inductance de 2.8 [µH] - Une quantité d'électricité de 0.16 [aC] - Un flux magnétique de 53 [mWb] - Une puissance électrique de 40 [GW] 13. Simplifier les valeurs suivantes en utilisant les préfixes. - Un courant de 320000 [nA] - Une tension de 12.5 ⋅ 105 [mV] - Une fréquence de 0.000471 [THz] - Une puissance de 48 ⋅ 10-6 [MW] Sources électriques Accumulateurs Electrotechnique /  Editions de la Dunanche / septembre 2000 1 Chapitre 7a SOURCES ELECTRIQUES Sommaire • Les sources continues et alternatives • Caractéristiques des générateurs • Les accumulateurs • Entraînement Introduction 7.1 Les Sources Dans la pratique, nous avons uploads/Ingenierie_Lourd/ electricite1-l2-gcv.pdf