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125706 Centre National d’Enseignement et de Formation A Distance Le courant alt

125706 Centre National d’Enseignement et de Formation A Distance Le courant alternatif sinusoïdal (2/2) Électricité Électricité Électricité Électricité Livret 6 Les bases de l’électricité Les bases de l’électricité Mise à jour février 2009 *FC1257061.0* 1257 FC 1.0 Le courant alternatif sinusoïdal (2/2) Lois fondamentales Objectifs • Connaître et comprendre le comportement des récepteurs soumis au courant alternatif. • Connaître et comprendre les lois fondamentales de l’électricité en courant alternatif. • Connaître les unités et les relations de base liées au régime d’un courant alternatif. À la fin de ce livret, vous serez capable : • d’appréhender la description des diverses grandeurs caractéristiques d’un équipement électrique, les nommer, dimensionner les grandeurs complémen- taires et connaître les grandeurs à mesurer ; • de poser des questions pertinentes, pour compléter la compréhension d’un cahier des charges ou de la spécification d’un produit ; • d’appréhender les situations, les caractéristiques et les risques de façon à réagir de façon adaptée devant des équipements électriques en courant alternatif ; • de synthétiser les informations nécessaires pour engager un travail adapté. L’électricité n’est pas une énergie palpable, tant qu’elle n’est pas transformée par un récepteur. La compréhension des règles issues des systèmes ne peut passer que par la repré- sentation temporelle, vectorielle ou trigonométrique des grandeurs données ou mesurées. Il faut respecter les habilitations électriques et leurs contraintes pour effectuer les mesures et les vérifications. Conception : AFPA-CNEFAD AVERTISSEMENT AU LECTEUR Le présent livret fait l’objet d’une protection relative à la propriété intellectuelle, conformément aux dispo- sitions du Code du même nom. Son utilisateur s’interdit toute reproduction intégrale, partielle ou par voie dérivée et toute diffusion dudit document sans le consentement exprès de l’AFPA. Sous réserve de l’exercice licite du droit de courte citation, il est rappelé que toute reproduction intégrale, partielle ou par voie dérivée de ce document, sans le consentement exprès de l’AFPA, est constitutive du délit de contrefaçon sanctionné par l’article L. 335-2 du Code de la Propriété Intellectuelle. © AFPA 2008 Dépôt légal, juillet 2008 LIVRET 6 Le courant alternatif sinusoïdal (2/2) 3 Sommaire Méthode.................................................................................... 4 1. La puissance en alternatif .................................................. 5 1.1. Rappels......................................................................... 5 1.2. Schéma équivalent d’une installation électrique.................... 5 2. Les différentes puissances .................................................. 6 2.1. Définitions ..................................................................... 6 2.2. La puissance apparente ................................................... 6 2.3. La puissance active ......................................................... 6 2.4. La puissance réactive....................................................... 6 2.5. Le triangle des puissances ................................................ 7 3. Le facteur de puissance ...................................................... 8 4. La réduction de la puissance réactive ................................ 8 4.1. Valeur du condensateur de compensation ........................... 10 4.2. Problème traité............................................................... 10 4.3. Commentaires................................................................ 11 Corrigé des exercices ............................................................... 12 4 ÉLECTRICITÉ Les bases de l’électricité Méthode Étudiez le livret dans l’ordre proposé par le sommaire. Si des documents techniques sont fournis avec le livret, attendez que l’on vous invite à les consulter ou à les utiliser dans le cours du document pour les ouvrir. Lecture, apprentissage du cours : assurez-vous d’avoir compris les explications textuelles et leurs figures1 associées. Faites les exercices d’entraînement et d’application dans l’ordre2 : • Les exercices sont un moteur indispensable de votre apprentissage. • Ne vous reportez aux corrigés qu’une fois l’exercice fait. • Pour un travail efficace, ne cédez pas à la tentation de brûler les étapes en allant au corrigé dès que vous butez sur la première difficulté venue. Faites l’évaluation après avoir travaillé le cours puis envoyez-la à la correction. Votre correcteur vous la retournera corrigée et commentée. La durée de travail moyenne, nécessaire pour ce livret, est de douze heures. N’hésitez pas à y consacrez le temps nécessaire. 1. Figures : schémas, photos, graphiques, dessins… 2. Ne sautez pas un exercice, il fait partie du cheminement à respecter. APPRENTISSAGE ET ENTRAÎNEMENT LIVRET 6 Le courant alternatif sinusoïdal (2/2) 5 1. La puissance en alternatif 1.1. Rappels La puissance consommée par un condensateur ou par une bobine parfaite est nulle. Cela tient au fait que dans ces deux cas le décalage entre le courant et la tension est de . Ce décalage correspond à un déphasage de , ce qui veut dire que les vecteurs intensité et tension sont en quadrature. Dans les circuits que nous avions étudiés dans les cours sur les impédances, nous avons constaté un déphasage inférieur à 90° entre l’intensité totale et la tension appliquée. La fréquence du secteur sera toujours de 50 Hz, sauf modification liée à une application ou à une installation spécifique… 1.2. Schéma équivalent d’une installation électrique Toute installation alimentée en alternatif, ne contenant que des éléments résistifs, des condensateurs et des bobinages, peut toujours être représentée par le schéma équivalent ci-dessous. Celui-ci se compose d’une résistance équivalente, notée , et d’une réactance équivalente, notée , associées en parallèle. La loi d’Ohm nous donne l’impédance . Le diagramme de Fresnel qui permet de faire la somme des courants partiels est, suivant le cas, l’un de ceux représentés ci-dessous : REMARQUE : Un schéma équivalent du type série aurait pu être choisi. T 4 ⁄ ± 90° ± ϕ R X Z U I ------- - = U Ph N R X I U U/R U/XC I = U/Z ϕ U U/R U/XL I = U/Z ϕ Circuit capacitif Circuit selﬁque 6 ÉLECTRICITÉ Les bases de l’électricité APPRENTISSAGE ET ENTRAÎNEMENT 2. Les différentes puissances 2.1. Définitions Appelons la tension d’alimentation et l’intensité fournie. 2.2. La puissance apparente La puissance apparente se note et a pour définition : → s’exprime en voltampères (VA). Si est l’impédance du circuit envisagé, on peut remplacer par le rapport . La puissance apparente s’exprime alors par la relation : →Rappelons que cette puissance n’a pas de réalité physique. 2.3. La puissance active La puissance active correspond à l’énergie par unité de temps réellement consommée. Elle se note et a pour définition : → s’exprime en watts (W). L’énergie active englobe le travail des moteurs, l’énergie calorifique, etc. Rappelons que seule l’énergie active est totalisée par le compteur électrique domestique et donc facturée. Si plusieurs éléments récepteurs composent un circuit, une installation, il faut passer par la somme des puissances actives , et la somme des puissances réactives , pour définir la puissance apparente : . 2.4. La puissance réactive La puissance réactive se note et a pour définition : → s’exprime en voltampères réactifs (VAR). et Si est la réactance équivalente du circuit envisagé (selfique ou capacitif), elle s’exprime encore par l’expression : La puissance réactive correspond à de l’énergie alternativement fournie et res- tituée. Le réseau la délivre mais l’utilisateur la lui rend intégralement. Le bilan est nul, le compteur domestique n’enregistre rien. U I S S U I × = S Z I U Z ⁄ S U 2 Z ------------ = P P U I ϕ cos × × = P P S ϕ cos × = (W P t × = ) P Q S S Pt 2 Qt 2 + = Q Q U I ϕ sin × × = Q Q S ϕ sin × = Q P ϕ tan × = X Q U2 X ------------ = APPRENTISSAGE ET ENTRAÎNEMENT LIVRET 6 Le courant alternatif sinusoïdal (2/2) 7 3 Exercice 1 Un circuit magnétique est composé d’un circuit de type série. La tension aux bornes du circuit est de 230 V - 50 Hz. QUESTION Sachant que et , calculez l’intensité qui transite dans le circuit et les puissances , et liées à ce fonctionnement. 2.5. Le triangle des puissances Les installations électriques, qu’elles soient domestiques ou industrielles, sont géné- ralement de type inductif (présence de moteurs et transformateurs…). À partir du diagramme de Fresnel simplifié du circuit selfique (paragraphe 4.2.), multiplions les trois courants par la tension . Le triangle rectangle obtenu conserve l’angle ϕ, déphasage entre le courant et la tension appliquée, et illustre les définitions précédentes. En effet les trois côtés du triangle représentent successivement : • la puissance apparente (hypoténuse) ; • la puissance active ou (côté horizontal) ; • la puissance réactive ou (côté vertical). R-L R 50 Ω = L 0,84 H = P Q S U ϕ U2/Z U2/R U2/XL S U 2 Z ----------- - = P U2 R ------------ = P S ϕ cos × = Q U 2 XL ----------- - = Q S ϕ sin × = 8 ÉLECTRICITÉ Les bases de l’électricité APPRENTISSAGE ET ENTRAÎNEMENT 3. Le facteur de puissance Le rapport entre la puissance active et la puissance apparente est appelé facteur de puissance. De la relation , on tire : . Les distributeurs d’énergie électrique (EDF ou autres) souhaitent que la puissance réactive des installations soit minimale. En effet, celle-ci correspond à de l’énergie, transportée inutilement, qui entraîne des pertes en ligne non facturées. Le triangle de puissance permet de conclure que pour minimiser la puissance réactive il faut réduire le déphasage ϕ donc augmenter le facteur de puissance . Lorsqu’une installation industrielle présente un rapport qui dépasse 40 %, le distributeur pénalise l’abonné par une « surfacturation ». Le seuil de 40 % correspond à soit un facteur de puissance voisin de 0,93. 3 Exercice 2 uploads/Litterature/ les-bases-de-l-electricite-6-courant-alternatif-sinusoidal-2.pdf