I – energie electrique a regime continu








télécharger 58.6 Kb.
titreI – energie electrique a regime continu
date de publication03.06.2017
taille58.6 Kb.
typeDocumentos
l.21-bal.com > comptabilité > Documentos

STI2D

S1 ch4 :

Alimenter en énergie électrique.







POSITIONNEMENT DU PROBLEME : la fonction alimenter est le premier bloc intervenant dans la chaîne d’énergie.



L’objectif du cours est d’étudier trois types d’alimentation :

    • alimentation électrique à régime continu

    • alimentation électrique à régime alternatif monophasé

    • alimentation électrique à régime alternatif triphasé


I – ENERGIE ELECTRIQUE A REGIME CONTINU :
1 - Le circuit électrique :

Un circuit est constitué d’un générateur (pile, accumulateur, …) et d’un ou plusieurs récepteurs (lampe, fer à repasser, radiateur…). Les bornes de ces appareils sont reliées entre elles par des conducteurs (fil de cuivre, lame de laiton…) pour constituer un circuit fermé.
2 - le  générateur : source d’alimentation électrique.
2.1 – La fonction alimenter

Dans le cas où le système pluri technique est autonome il doit se procurer de façon interne l’énergie nécessaire pour agir sur la matière d’œuvre. Dans ce cas le bloc ALIMENTER représente la source d’énergie du système.



Exemple : agrafeuse électrique, sécateur, calculatrice…
2.2 – Les sources d’électricité

P
Entre les deux bornes d’un générateur existe continuellement une différence de densité d’électrons libres. La borne négative possède une concentration d’électrons plus forte que la normale tandis que la borne positive est déficitaire en électrons. Les électrons, en surcroît sur la borne négative, se repousseront mutuellement et chasseront les électrons libres du conducteur vers la borne positive.

our produire ou générer de l’électricité, il faut changer le peuplement relatif des électrons entre deux points. Les dispositifs capables de créer un tel surplus d’électrons à un point et un manque à un autre point sont appelés générateurs ou sources d’électricité.



De plus, cette borne positive, présentant un manque d’électrons attirera énergiquement les électrons libres. Il en résulte un mouvement continuel d’électrons dans le conducteur, de la borne négative vers la borne positive.
2.2.1 – Les piles : la répartition inégale des électrons est provoquée chimiquement.

Lorsqu’une pile fonctionne, son électrode négative se détruit de manière irréversible.

Lorsque la pile est usée, il faut la jeter.


2.2.2 – Les accumulateurs
Accumulateur au plomb : Si on plonge deux plaques de plomb dans une solution d’acide sulfurique, on n’obtient pas une pile puisque aucune différence n’existe entre les deux électrodes. Mais si on relie ces deux électrodes à un générateur, le passage du courant dans la solution provoque la formation d’un dépôt d’oxyde de plomb sur l’électrode d’entrée (anode) et un dégagement d’hydrogène sur l’électrode de sortie (cathode). Maintenant que l’une des électrodes s’est transformée, il existe une f.e.m. (force électro-motrice). On vient de charger l’accumulateur.

Il existe des accumulateurs fer-nickel et cadmium-nickel fonctionnant sur le même principe.

2.2.3 – Les cellules photoélectriques


Elles transforment l’énergie rayonnante du soleil en énergie électrique par effet photovoltaïque.


2.3 – La dynamo 

Une dynamo est un générateur qui transforme de l’énergie mécanique de rotation en énergie électrique continue.



dynamo


Ces 4 exemples sont des sources de tensions continues

Tension continue


3 - Les grandeurs physiques :
3.1 - La tension : La tension (U) représente la différence de potentiel (différence de densité des électrons) entre deux points.

3.2 - La quantité de charge (q) : Un électron a une charge électrique de -1,6x10-19 C (Coulomb). La quantité de charge électrique est représentative du nombre d’électrons circulant dans un conducteur ou du nombre des électrons présent dans un accumulateur et susceptible de circuler dans un conducteur.
3.3 - Le courant électrique (i) : C’est le mouvement d’ensemble des électrons qui constitue le courant électrique (I). L’intensité correspond à un débit d’électrons, c’est une quantité de charge par unité de temps.

I = avec I en Ampères (A) ; q en Coulombs (C) ; t en secondes (t).

Remarques : 1 A.s = 1 C

autre unité souvent utilisé est l’Ah (Ampère.heure) avec 1 Ah = 1/3600 C ou 1C = 3600 A.h
4 - La convention générateur - récepteur :
4.1 - Le récepteur : composant ayant besoin d’énergie électrique pour fonctionner.
4.2 - La convention :


Le sens conventionnel du courant est le sens inverse de déplacement des électrons.




4.2.1 – Convention générateur 4.2.2 – Convention récepteur


UAB



La tension aux bornes du générateur UAB et le courant I qui sort de la borne + sont dans le même sens

La tension aux bornes du récepteur UAB et le courant I qui le traverse sont de sens contraire


4.3 - La loi d’Ohm : UAB = RAB.I avec UAB la tension aux bornes de la résistance R

et I le courant qui traverse la résistance R

5 - Association de sources de tension :

5.1 – Montage en série :



On a Iéq = I1 = I2 = I3

Uéq = U1+U2+U3




5.2 – Montage en dérivation :




On a Uéq = U1 = U2

Iéq = I1 + I2







6 - Puissance et énergie :


6.1. Définition de la puissance


La puissance caractérise le taux d’utilisation de l’énergie (ou débit d’énergie) elle est donc définie par le rapport entre l’énergie et le temps mis pour la consommer.

P = avec W l’énergie en Joules (J) ; t le temps en secondes (s) et P la puissance en Watt (W).
6.2. Puissance électrique.
D’après ce que l’on vient de voir la puissance est liée à la vitesse d’exécution du travail que l’on souhaite réaliser mais aussi à l’intensité de l’action qu’il va falloir fournir pour exécuter le travail. Au niveau électrique la puissance s’obtient toujours par le produit suivant :
Pour une tension continue : P = U.I avec

  • P la puissance en Watt (W)

  • U la tension en Volt (V)

  • I l’intensité en Ampère (A)

Remarque :

Une source débite une puissance électrique tandis qu’une charge absorbe une puissance.
6.3. Energie électrique :

La puissance électrique représente le taux d’utilisation de l’énergie électrique, c’est à dire l’énergie électrique divisée par le temps. On peut trouver l’énergie électrique par la relation suivante :
Si P est constant en fonction du temps : W = P . t

avec W l’énergie en Joules (J) ; P la puissance en Watt (W) et t le temps en secondes (s)

Soit le graphe de la puissance en fonction du temps :



Entre les instants t1 et t2 l’énergie

W = U.I.(t2 – t1) correspond à la surface sous la courbe (en bleu)

L’unité SI est le Joule (1W.seconde)

Si l’on exprime la puissance en kilowatts et le temps en heures, l’énergie électrique est donnée en kilowattheures (kW.h). Le kilowattheure n’est pas une unité SI, mais on l’utilise pour évaluer la consommation d’énergie électrique dans les maisons et les usines

1 kWh = 3 600 000 J = 3,6 MJ
6.5 - Exemples :
a - Calculer l’énergie électrique dont a besoin une lampe qui consomme 100 W pendant 10 minutes.

b - Calculer la puissance que peut fournir une batterie de 24 V qui peut délivrer un courant de 10 A.

c - Cette batterie peut fonctionner pendant une heure à ce régime, après ce temps donné il faut la recharger. Calculer l’énergie électrique que peut fournir cette batterie.
a - On a W = P x t A.N. : W = 100 x 10 x 60 = 60 000 J

b - P = U.I A.N. : P = 24 x 10 = 240 W

c - W = P.t A.N. : W = 240 x 3600 = 240 W.h
II - ENERGIE ELECTRIQUE EN REGIME ALTERNATIF SINUSOIDAL



1 - La fonction alimenter : l’alternateur :
Une bobine est constituée d’un fil de cuivre isolé par un vernis et enroulé en de nombreuses spires. Si on déplace un aimant près d’une bobine, une tension électrique est induite aux bornes de la bobine. C’est le phénomène d’induction électromagnétique.

Le signe de la tension dépend du sens de déplacement de l’aimant et du sens du champ magnétique. En faisant tourner régulièrement un aimant près d’une bobine, la tension induite est alternative. Elle est tantôt positive tantôt négative. C’est le principe de l’alternateur.









2 - Le réseau monophasé :



2.1 – La tension :


= V1

t (s)

ωt (rad)

La tension v répond à une fonction sinusoïdale qu’on peut écrire :
v(t) = Vmax.sin(ωt) avec
Vmax l’amplitude du signal en volt (V), ω la pulsation en radians par seconde (rad.s-1) et t en seconde (s)
Cette fonction a une période T (en secondes) avec T = 2. π / ω

La fréquence de la tension est f = en hertz (Hz). On peut donc écrire ω = 2.π.f

Dans le réseau E.D.F. la fréquence f est de 50 Hz donc T = 20 ms
La tension efficace est définie par Vmax = . Veff (Aire du signal sur une période)
La tension moyenne Umoy = 0 car la tension est purement alternative (Aire algébrique du signal sur une période)

2.2 – L’intensité.


La tension dépend de l’alternateur ou de EDF.

Le courant dépend du récepteur. Ce courant peut avoir un déphasage par rapport à la tension.
On notera alors i(ωt) = Imax . sin ( ωt + φ )
Intensité efficace définie par Imax =. Ieff

Mesure du déphasage :

Pour obtenir la valeur de ce déphasage il faut mesurer le décalage temporel (Δt) entre la tension et le courant, puis effectuer le calcul suivant : φ = 2. π. Δt /T en radian (rad)
si le récepteur est une résistance alors φ est nul
2.3 – La puissance électrique :

2.3.1 - Définition de la puissance instantanée :
p(t) = u(t).i(t) en W (Watt)
2.3.2 - Définition de la puissance active :
P = Veff.Ieff.cosφ en W (Watt)

Cosφ est le facteur de puissance
La puissance active correspond à des effets énergétiques : énergie électrique transformée en chaleur (RI²), énergie électrique transformée en énergie mécanique dans un moteur.
3 - Le réseau triphasé :
3.1 – La distribution

Le producteur d’électricité délivre l’énergie électrique à travers un réseau triphasé de 3 fils pour son transport et de 4 fils au niveau de l’utilisateur (3 fils de phases et 1 fil de neutre)


Conducteur neutre : Dans tout système triphasé, équilibré de distribution, existe un neutre électrique.

Dans un récepteur équilibré, le courant circulant dans le neutre est nul.
Conducteur phases : Les phases sont les conducteurs chargés de véhiculer l’énergie vers le récepteur.

La tension entre une phase et le neutre est appelé tension simple (V)

La tension entre deux phases est appelée tension composée (U).

Chaque phase est le support d’un courant alternatif cadensé à une fréquence de 50 Hz et décalé de 1/3 de période par rapport aux deux autres phases soit 120°.
Conducteur de terre : La terre est le fil conducteur assurant une liaison électrique entre le sol et certaine partie de l’installation (carcasse métallique) de façon à fermer le circuit entre la phase qui touche une des parties de l’installation et la terre. Ceci évite que ce soit un individu qui touche une partie métallique de l’installation ferme le circuit par le neutre.
3.2 – Tensions


On appelle tensions simples les tensions v qui existent entre un fil de phase et le neutre.
v1 = V.sin ωt

v2 = V.sin (ωt - . π)

v3 = V.sin (ωt - . π)
avec V la tension efficace


On appelle tension composées la tension u qui existent entre deux fils de phase :

u12 = v1 – v2

u23 = v2 – v3

u31 = v3 – v1

3.3 – Les tensions efficaces

V est la tension efficace des tensions simples.

U est la tension efficace des tensions composées.
On a U = V.
3.4 – Récepteur triphasés équilibrés :


Couplage étoile :



Couplage triangle :





3.5 – Puissances électriques :






Cas d’un montage étoile

Cas d’un montage triangle

Puissance active

P = P1 + P2 + P3 en Watts(W)

P = 3.V.I.cosφ = .U.I. cosφ

P = 3.U.J.cosφ = .U.I. cosφ

Facteur de puissance k = P/S

k = cosφ

k = cosφ




V, U et I sont les valeurs efficaces

φ est le déphasage entre

I (=J) et V

U, J et I sont les valeurs efficaces
φ est le déphasage entre

J et U


3.6 - Puissance électrique fournie par l’alimentation

P = 3.V.I.cosφ

Page /

similaire:

I – energie electrique a regime continu iconChapitre n°2 : Puissance électrique, énergie électrique et effet Joule

I – energie electrique a regime continu icon1 Courant continu Les téléphones portables, les baladeurs, les voitures...

I – energie electrique a regime continu iconCours : introduction à l’électricité en régime continu

I – energie electrique a regime continu iconÉnergie électrique reçue par un récepteur

I – energie electrique a regime continu iconénergie électrique en joules (J) • U: différence de potentiel en...

I – energie electrique a regime continu icon2- définition du corps noir
«catastrophe ultraviolette». La mécanique classique est là prise en défaut et Max Planck en a conclu que le modèle utilisé pour calculer...

I – energie electrique a regime continu icon1° Détermination du rendement d’un moteur électrique à courant continu
«moteur d’essuie-glaces». Du point de vu énergétique, on peut schématiser le fonctionnement du «moteur d’essuie-glaces» par la chaîne...

I – energie electrique a regime continu iconPerspectives de développement de l’hydroélectricité
«vlh». Compléter le document réponse dr1 en indiquant les modes de production mobilisés au cours d’une journée d’hiver. Préciser...

I – energie electrique a regime continu iconCircuit electrique-courant electrique
«i» désignant leur intensité. «i» est souvent affecté d’un indice afin de distinguer les différents courants

I – energie electrique a regime continu iconChapitre XII : formes d’energie-principe de conservation de l’energie








Tous droits réservés. Copyright © 2016
contacts
l.21-bal.com