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Fascicule electrocinetique

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Exercice 1: Calculer la résistance de Thévenin dans chacune des branches du réseau suivant .
F
i
g
u
r
Solution : L’étudiant
complètera sur les figures les valeurs des résistances et indiquera la technique
e
de transformation
1
Rth =
Rth =
51
Rth =
Rth =
Rth =
Rth =
52
Exercice 2 : Calculer le courant dans les différentes branches du
réseau ci-contre . :
A.N : R1 = 2 Ω ; R2 = 9 Ω ; R3 = 7 Ω ; R4 = 6 Ω ; R5 = 3 Ω ;
E2 = 18 V ; E5 = 3V
Solution : Calculons les courants dans le réseau électrique suivant par la méthode de Maxwell
-
Choisissons des courants de mailles et fixons les mêmes sens de parcours
I1
;
I3 ;
I5
-Ecrivons les matrices des résistances, des courants et des F.e.m.
 R2
0   I1    E2 
 R1  R 2

   

  R 2 R 2  R 3  R 4  R 4    I3     E2 
 0
 R4
R 4  R 5   I5    E5 

Calculons les déterminants des résistances, des courants I1 ; I3 ; I5 , et écrivons les solutions :
I1  I1
R
1.231 A
;
I3  I3
R
0.496 A
;
I5  I5
;
R
0.664 A
I2  I1  I3
I4  I3 - I5
( attention au signe )
Solution : Calculons les courants dans le réseau électrique par la méthode de Thévenin; L’étudiant
complètera le tableau.
53
[(R4//R5)+R3]//R2
 R 4  R5

 R3   R2

R 4  R5

R th  
R 4  R5  R  R
3
2
R 4  R5
3 chemins possibles
ix ?
Par Maxwell
VAB  oxR 1  (1)E2  R2(ix)
(suite du calcul page suivante 1)
[(R4//R5)+R3]//R1
3 voies possibles
R=
VA  VB  (1)E2 
R1(ix )'
ix ?
Par Maxwell
(suite du calcul page suivante 2)
4 chemins possibles
(R1//R2)+(R4//R5)
VA  VB  (1)E2 
R=
R 2(ix )'  R 4(i y)
ix et iy par la loi à la maille
(suite du calcul page suivante 3)
VA  VB  E5  R5  i' '
[(R1//R2)+R3]//R5
R=
i’’ par Maxwell
(suite du calcul page suivante 4)
[(R1//R2)+R3]//R4
VA  VB  E5 
R=
R 4  i"2
i’’2 par Maxwell
(suite du calcul page suivante 5)
Vth =
ith =
Vth
R th  R branchecoupée
54
1) VAB  oxR 1  (1)E2  R2(ix)
- Kirchoff
ix ? :
 R2  R3  R4  R4 


 -R

R

R
4
4
5


- Maxwell
 I x    E2 

 
 I  E 
5
z
  

- Thévenin
- Superposition
( I y  Courant de branche commune ; I x; I z même sens courant de maille)
Ix 
ix
R
R 
Ix 
ix 
VAB
Rth  R1
2) VA VB  3 voies possibles
VA  VB  (1)E2  R1(ix)'
choix sur la maille (R1, R2, E2)
Maxwell
I x et I z courants fictifs de Maxwell
 R1  R3  R4  R4 


 -R

R

R
4
5 
 4
 Ix   0 

 
 I  E 
 z   5
Ix 
ix
R

- R 4 E5
R
R 
VA VB  E2 
R1R4
R
 E5
I th 
Vth
Rth  R2
Rechercher I x par Thévenin ?
3) VA VB  E5  R4  I 2"
R1  R2  R2




-R

R

R

R
2
3
4
 2
I 2' ?
 I 2'   E2 
 

 I "    E2 

 2 
4) et 5) à compléter par l’étudiant.
55
Solution : Calculons les courants dans le réseau électrique par la méthode de Superposition
-Fixons le sens des courants choisis pour chaque branche
(S)
-Décomposition du circuit ( S ) en sous-circuit ( S' ) et ( S'' ) : autant de sous-circuit que de
branche contenant des générateurs. ( les deux générateurs sont dans des branches différentes ).
Après avoir décomposé le circuit, nous utiliserons la technique de Maxwell pour un calcul rapide des
courants.
+- Choisissons la technique de Maxwell : - fixons le sens des courants de Maxwell dans chaque
sous-circuit.
- fixons le sens des courants dans chaque branche du circuit ( S ) (sauf dans les branches communes)
Voici la matrice de Maxwell appliquée aux circuits ( S' ) et ( S'' )
 R2
0   I1'    E2 
 R1  R 2

  ' 

  R 2 R 2  R 3  R 4  R 4    I3     E2 
 
 0
 R4
R 4  R 5   I5'   0 

 
 R2
0   I1''   0 
 R1  R 2

  ''  


R
R

R

R

R
2
2
3
4
4

   I3    0 
 
 0
 R4
R 4  R 5   I5''    E5 

 
Calcul des courants du circuit (S’) et (S’’)
'
I1'  I1
R
;
'
I'3  I3
R
'
; I5'  I5
R
''
et I1''  I1
R
;
''
I'3'  I3
R
''
; I5' '  I5
R
56
- Calcul des courants du circuit ( S ) en tenant compte du sens choisi pour les courants dans les
branches des sous-circuits ::
I1  I1'  I1'' ;
I3  I'3  I'3' ;
I5  I5'  I5''
- Calcul des courants de branches communes sur ( ( S' ) et ( S'' ) avec le choix du 1er terme pour
indiquer le sens du courant : I'2  I1'  I'3 et
I'4  I'3  I5'
I'2'  I1''  I'3'
I'4'  I'3'  I5''
- Calcul des courants de branches communes sur ( S ) : fixons sur ( S ) le sens des courants
communs
I2  I'2  I'2'
( en tenant compte du sens de I2 choisi dans le circuit ( S ) ).
I4  I'4  I'4'
Solution : Application de la méthode de Kirchoff
Loi aux nœuds: A i1=i2+i3
B i3=i4+i5
C i1= i2+ (i4+i5)
Loi aux mailles (indépendantes) :
 (R1, R2, R3) :R1i1+R2i2-(+1)E2=0
 (R2, R3, R4, E2) : R2(-i2)+R3i3+ R4i4 -(-1)E2=0
 (R4, E5, R5,) : R4(-i4) -(-1)E5+R5i5=0
Pour résoudre le système :Je remplace les courants de branches communes
I2=i1-i3
i4=i3-i5
(R1  R 2)  i1  R 2  i3  0  i5  E2

  R 2  i1  (R 2  R 3  R 4)  i3  R 4  i5  E2
0  i1  R 4  i3  (R 4  R 5)  i5  E5

 R2
0   i1   E2 
 R1  R 2

   

  R 2 R 2  R 3  R 4  R 4    i3     E2 

   

 R4
R 4  R 5   i5    E5 
 0
R ; i1  i1
R
i3 
i3  i3
R
57
i5  i5
R
i5 
Solution :
Application de la méthode de Millmann :
Fixons le sens du courant dans chaque
branche et choisissons un nœud de
référence
- Loi d’Ohm pour chaque branche du réseau après avoir fixé le sens du courant :
VN  VM  R 3  i 31

( N ) VN  0  R 4  i 4
V  0  R  i  ( 1) E
5
5
5
 N
VM  0  R 1  i 1

( M ) VM  0  R 2  i 2  ( 1) E 2
V  V  R  i
N
3
3
 M
- Loi aux nœuds :
 I  0 (en N et M) E n remplaçant chaque courant
 VM  0 VM  ( 1) E 2  0 VM  VN


 0 (M)
 R
R2
R3

1

 VN  VM  VN  0  VN  ( 1) E 5  0  0 (N)
 R 3
R4
R5

VM


V
 M

 1
 E2
1
1  1
 
 


 VN 
R2
 R1 R 2 R 3  R 3
 1
E
1
1
1 
  VN   5
 (
)  


R3
R5
 R3 R4 R5 
1
1
 1



 R1 R 2 R 3
1



R3

Mettons sous forme de facteurs
Choisissons l’écriture matricielle
1




R3
   VM   
1
1
1   VN  



R 3 R 4 R 5 


;
E2
R2
E5
R5


;



Constatons les matrices (1/R) , (V) et ( I ) courants de branche contenant des f.e.m
-Remplaçons les conductances par y et les indices indiquant l’intervalle de n° des résistances prises
en compte dans la sommation :
 y 13

  y3


 y 3   VM  


y 35   VN  


E2
R2
E5
R5






58
y 
y1 3  y3
 y3 y3 5

VM 
VN 

VN 
 y1 3  y3 5  y32 ;
E
E2
 y 3 5  5  y 3
R2
R5

y 13  y 35  y 32
y 1 3
 y3
E2
R2
VM 
E
 5
R5

 y3

y 3 5
E
E2
 y 3 5  5  y 3
R2
R5
E
E2
1
1
1
1
(


)  5 ( )
R2 R3 R4 R5
R5 R3
1
1
1
1
1
1
1
(


)(


) 2
R1 R 2 R 3
R3 R4 R5
R3

E2
E
E
R2
  5  y 13  2  y 3
E5
R5
R2

R5

E5
E
 y 13  2  y 3
R5
R2

y 13  y 35  y 32
E5
E
1
1
1
1
(


)  2 ( )
R 5 R1 R 2 R 3
R2 R3
1
1
1
1
1
1
1
(


)(


) 2
R1 R 2 R 3
R3 R4 R5
R3

Connaissant VM et VN on calcule les courants des branches (attention au signe de VN et VM )
 V

  M  E2  
 y

I1  VM  0  1 VM 
R1
R1 y
I2 


I3  1   VM  VN  
R 3 
y

I4  VN  1  VN 
R 4 R 4 y
I5 
1
R2
VN  E 5

1  VN

 E5  

R5
R 5  y

Exercice 3: Calculer les courants dans les branches du réseau suivant par la méthode de Millmann
Solution :Méthode de Millmann :
1) Ecrivons l’expression de la ddp entre B et M :
VBM = VB – V M par la loi d’Ohm généralisée
Cette ddp peut s’exprimer de 3 manières
différentes, selon la branche du circuit :
VB  VM  e1  r1I1

VB  VM  e 2  r2 I 2 , on peut déduire les
V  V  RI
M
 B
59
e 1  VB  VM 

I 1 
r1

 e 2  VB  VM 

2) expressions des courants dans les différentes branches sous la forme : I 2 
;
r2

 VB  VM 
I 
R

en choisissant VM = 0, on obtient : I 1 
e1  VB
 e 2  VB
V
; I2 
; I B
r1
r2
R
3) Aux nœuds M et B, nous avons : I1 = I + I2 , en remplaçant les différents termes par leurs
expressions, on a :
e1  VB  e 2  VB VB
e e
V
V
V
soit : 1  2  B  B  B d’où :


r1 r2
R
r2
r1
r1
r2
R
e1 e 2

r1 r2
e1r2  e 2 r1
VB 
R
Equation en VB.
1 1 1
r1r2  R r1  r2 
 
R r2 r1
A partir de cette expression de VB, on peut maintenant calculer celles des différents courants :
Expression du courant I :
I
V
VB
on remplace VB par son expression, soit : I  B 
R
R
I
R
e1r2  e 2 r1
r1r2  R r1  r2 
d’où :
R
e1r2  e 2 r1
r1r2  R r1  r2 
Expression du courant I1 :
I1 
e1  VB e1 VB e1 R  e1r2  e 2 r1 
 
  
 ; en effectuant, on a :
r1
r1
r1
r1 r1  r1r2  R r1  r2  
I1 
e1 r2  R   e 2 R
r1r2  R r1  r2 
Expression du courant I2 :
I2 
e1 R  e 2 r1  R 
VB  e 2 VB e 2 R  e1r2  e 2 r1  e 2


 
  , ce qui conduit à : I 2 
r1r2  R r1  r2 
r2
r2
r2 r2  r1r2  R r1  r2   r2
Les autres méthodes seront pratiquées par l’étudiant
Exercice 4 : Par les différentes méthodes connues, calculer le courant Ic(t) et la tension Vc(t) à
travers le condensateur, lorsque l’interrupteur est fermé.
Donner la constante de temps.
60
Solution :
Maxwell
2R
R

R 3R
 R 6R
2R 
iC
q
R  e1
C
5 R
2
e1
q

5 R C
2
2
q
C
iC
 iC
2R 
q

5 R C
e1
5 R ;
2
dq
dt
dq
;
dt
iC
5 R
R
e1
i1
2
q
C
R  e1
5 R
équation différentielle du 1er ordre à coefficients constants
dq
dt
q e1
 5 R
5 
RC
2
avec Constante de temps 
en (s)
Changement de variable
q
Q

t
e1
dq
; dQ
d'où dq   dQ

5 R
En revenant à la variable :
q

La tension VC : VC
courant :
t
e1
5 R
Condition initiale : à t = 0, q = 0
dQ
Q 0 ;
Q
dQ

dt
A e  ; q
et A
e1
5 R
e1
t

A  e
e1
e1
5 R
, q
5 R

t
e1
q
; VC      1
5RC
C
e

1
dt donc Q A  e 

d'où VC
t
5 R
e1
2

 e 
et q
e1
5 R
t
  1
e

t
 1
e

e1  t
i C (t) 
e
5 R
Solution : méthode de Thévenin :
Calcul de la tension Thévenin :
VA-VB = -(+1)q/C + R (+ ix)
= - q/C + R(+ ix) Recherche du courant ix ?
Loi à la maille (ix): Rix + Rix -(+1)e1= 0 donc ix
Vth
dq
ith iC
d'où
dt Rth 2R
dq
dt
q
C
e1
2

e1
2 R
et
VA-VB = -q/C + e1/2
1
5
R
2
61
dq
dt
e1
q
5 
5 R
RC
2
q e1
 5 R
dq
dt
ou encore
Exercice 5 : On considère le circuit suivant, où à l’instant t = 0 l’interrupteur est fermé.
1°) Ecrire la loi de Kirchhoff relative aux courants et aux tensions.
2°) Calculer le courant IH(t) qui circule dans L, par l’établissement et résolution de l’équation
différentielle.
3°) Donner la constante de temps .
4°) Donner l’allure de la courbe IH(t).
5°) Calculer les autres courants.
6°) Facultatif : Appliquer les autres méthodes.
Solution par la méthode de Kirchhoff
Loi aux nœuds : i1 i2
il ( 1 )
R1 i1
Loi aux mailles : E
R2 i2 0 ( 2 )
( 1 ) L
( 1 ) dans ( 2 ) donne
E
tirons i2
R1
ou encore L 
R1  il
E
dil
R2  i2 0 ( 3 )
dt
R1
R2 i2
R1 il 0
dil
L
dt
dans (3) cela donne :
R2
R1
R2 dil

R1  R2 dt
il
E
R1
R1
E
R1  il
R1
R2
0
: t = 0 , il = 0
E
il
1
R1
constante de temps : 
R2 
R2  L
R1  R2
exp
R1  R2
R1
t
R2 L
( s)
courbe :
E
donne : i2
les autres courants : (1) dans (2)
R1
R1  il
R2
,
connaissant il
i2
E
R1
R2
 1
1
exp
t

E
R1
R2
 exp
t

62
courant principal : i1 i2
E
1
R1
il
R2
R1
R2
t
 ( exp

Solution par la méthode de Thévenin
R1  R2
1°) Calcul de la résistance de Thévenin : Rth
R1
R2
2°)Calcul de la tension de Thévenin
VA
dil
E
( maille 1 )
; ix
VB R2 ix- (+1) L
R1 R2
dt
Vth VA
R2
VB
R1
R2
E
L
R2
ith il
R1
R2
E
L
dil
d'où
dt
dil R1 R2

dt R1  R2
On retrouve :
il
L
R1
R2 dil E

R1  R2 dt R1
Solution par la méthode de Maxwell
Les courants de maille choisis dans le même sens, on obtient
R1
R2
R2
R2

R2
i1
il
E
L
dil
dt
L’étudiant développera le calcul des déterminants
Solution par la méthode de Par superposition
Le circuit est décomposé en sous circuit, et on appliquera la technique de Maxwell. La matrice
relative à chacun des sous-circuit est établie
R1
R2
R2
R2
R2

i1
il
0
L
dil
dt
(S') et
R1
R2
R2
R2
R2

i1
E
il
0
(S'')
63
Exercice 6 : Lorsque le régime stationnaire est établi dans le circuit de la figure (1) suivante :
1°) Donner le nouveau circuit (S’) obtenu
2°) Calculer les courants (I’1, I’2, I’3) dans chacune des branches de ce circuit par la méthode des
courants fictifs((I’1, I’3) de Maxwell, dont on établira directement la matrice.
3°) Calcul de Ic Par la méthode de Thévenin . On calculera
a) la résistance Thévenin Rth
b) la tension Thévenin Vth , pour cela on considèrera les résultats précédents du (2°).
c) Ecrire l’expression du courant Thévenin Ith
d) Ecrire l’expression du courant de charge IC
e) Etablir l’équation différentielle de la charge du condensateur q( t )
f) Donner l’expression de la charge q( t ), en considérant qu’au temps t = 0, q = 0.
g) Donner la constante de temps  , et son unité.
H) DONNER L’ENERGIE W MAXIMALE EMMAGASINEE DANS LE CONDENSATEUR.
CHAQUE RESULTAT SERA DONNE EN FONCTION DE R, C ET E,
SACHANT QUE R1 = R, R2 = 3R, R3 = R , E1 = E
E3 = E / 4
64
Solution :
Matrice
 5R  4R   I'3   E 4 

   

  4R 4R   I1'   E 

   

R  4R 2
régime statique
Q  cte ,
I'3  4R( 5E )
4
I1'  6R  E
IC 
,
dQ
0
dt
 I'3  5  E
4 R
 I1'  3  E
2 R
I'2  I1'  I'3  1  E
4 R
3°) a) Calcul de R th
R th  3R // R
 3R
4
b) Calcul de
Vth
65
VA  VB  R  I'3  R(I'2)  (1) 
q
C
q
C
Vth  E 
c) Calcul de I Thévenin :
I th 
Vth  E  q C  4  E  4  q
3R
R th  0
3 R 3 R C
4
IC 
d) Calcul du courant de charge :
dq
dt
I th  IC
e) Equation différentielle :
dq
q
4
4 E
dt
3 R C 3 R
f) Constante de temps

  3 R  C ( en seconde )
4
:
à t 0 , q0
Solution de l’équation différentielle :
dq
q
4
dt
3 R C
d’où
q
t
Ae 
Avec 2nd membre : q  E  C ( c – à – d à
Solution :
q
t
Ae 
sans 2nd membre
t  ;
q( t )  )
 EC
à t  0 , q  A  E  C  0 ,  A  -E  C
alors
q(t) 
t
E C (1 e 
)
ou
q(t) 
 4 t
E  C ( 1  e 3R C
)
66
g) Energie maximale : quand
qmax  E  C
t  ;
q est max.
2
,
q
Wmax  1 max  1 C  E2
2 C
2
Solution par la méthode de Maxwell :
CHAQUE RESULTAT SERA DONNE EN FONCTION DE R, C ET E,
SACHANT QUE R1 = R, R2 = 3R, R3 = R , E1 = E
E3 = E / 4
1°) Par la méthode des courants fictifs((I1, I2, I3) de Maxwell, établir directement la matrice
et calculer les courants (I1, I2, I3) dans chacune des mailles de ce circuit en régime variable,
fonction de q, R, C et E.
2°) Donner l’expression de Ic en fonction des courants fictifs
3°) Ecrire l’expression du courant de charge IC
4°) Etablir l’équation différentielle de la charge du condensateur q( t )
5°) Donner l’expression de la charge q( t ), en considérant qu’au temps t = 0, q = 0.
6°) Donner la constante de temps  , et son unité.
7°) Donner l’énergie W maximale emmagasinée dans le condensateur
E
 4R  3R  R   I1  


  

  3R 3R
0   I 2    E 4  q C 

   


R
0
2
R
I

q
C

  3 

R  4R(6R2)  3R(6R2)  R(3R2)  3R3
E
I1  E 4  q C
qC
 3R  R
3R
0
0  E(6R2)  3R(E 4  q C)2R  3R2 q C
2R
q
q
 6ER 2  6 ER 2  6R2  3R2
4
C
C
q
 15 ER 2  9R2
2
C
67
4R
R
E
I 2   3R E 4  q C
R
qC


q
0  4R(E 4  q C)2R  E(6R 2)  R(3R)  R(E 4  q C)
C


2R
q
 31 ER 2  4R 2
4
C
4R
I 3   3R
R
 3R
3R
0
E


q
q
E 4  q C  4R(3R )  3R(3R )  R(E 4  q C)  E(3R 2)
C
C


qC
 15 ER 2
4



q
q
q
I  I  I  (31 ER 2  4R2 )  15 ER 2   1  4ER 2  4R2   1  4 E  4
C 2 3
C 4
C  3R3 3 R 3 RC
 4
 3R3 
dq

dt
Ce qui nous l’équation différentielle précédemment résolue.
Exercice 5 : En utilisant la méthode de superposition :
a)
Décomposer le circuit (S) ci dessous en deux circuits (S’) et (S’’) que l’on représentera,
en donnant le sens des courants.
b)
Donner les relations entre les courants des circuits (S), (S’) et (S’’).
c)
Calculer les courants dans les branches de chacun des circuits (S’) et (S’’) par la méthode
de Maxwell.
d)
A partir de ces résultats calculer les courants I1, I2 et I3 dans chacune des branches du
circuit (S).
68
RESULTAT LITTERAL DANS UN TABLEAU SUIVI DE L’APPLICATION
NUMERIQUE (OU ENCADRE)
Figure 2 : Circuit (S), r = 1
Solution :
a) et b) :
Système (S’)
 10r

  4r

 4r   I ' 1   e1  e' 1 
   





7r   I ' 3   0 
Système (S’’)
 10r

  4r

 4r   I ' ' 1   0 
 



7r   I ' ' 3   e3 
c) et d) :
(S’)
(S’’)
(S)
e  e' 1   7  5  1, 3A
I '1 7 1
54
r
27
e
I ' ' 1  2 3  2  6  0, 44A
27 r
27
I1 = I’1- I’’1 = 23/27 =
e  e' 1   2  10  0, 74A
I '3 2 1
27
r
27
e
I ' ' 3  5 3  5  6  1, 11A
27 r
27
I3 = -I’3+ I’’3 = 10/27 =
e  e' 1   3  5  0, 56A
I'2 3 1
54
r
27
I2 = I’2 + I’’2 = 33/27 =
e
I ' ' 2  3 3  3  6  2 A  0, 66A
27 r
27
3
1,22A
0,85A
0,37A
69
Exercice 7
Un réseau électrique est donné par le circuit suivant (fig. 2):
fig. 2
1°) A l’instant t = 0, l’interrupteur est fermé. Lorsque le régime permanent est établi :
a) Représenter le circuit
b) Calculer le courant dans chaque branche par la méthode de Thévenin ( On donnera toujours
Rth, Vth, Ith, pour chaque branche).
2°) En régime variable, calculer le courant et la tension dans chaque branche du condensateur par la
méthode de Thévenin ( on donnera Rth, Vth, q(t), Ith, et la constante de temps).
3°) Déduire le courant dans les autres branches.
70
Solution : A compléter par l’étudiant
Rth=
VA- VB =
Rth=
VA- VB =
Rth=
VA- VB =
Rth=
VA- VB =
Ith= (VA- VB)/( Rth + …) =
Ith= (VA- VB)/( Rth + …) =
Ith= (VA- VB)/( Rth + …) =
Ith= (VA- VB)/( Rth + …) = dq/dt
dq/dt =
71
Exercice 8: Soit le dipôle RLC ci-contre :
1°) Calculer l’impédance totale ZT dans la forme polaire.
2°) Tracer le diagramme d’impédance.
3°) Calculer la valeur de C en microfarads et de L en henrys.
4°) Calculer le courant i et les tensions VR ,VL ,et VC sous la forme de
vecteur de phase.
5°) Tracer le diagramme de phase des tensions E, VR , VL et VC ainsi que du courant I.
6°) Vérifier la loi des tensions sur le trajet fermé.
7°) Calculer la puissance moyenne fournie au circuit.
8°)Calculer le facteur de puissance du circuit et indiquer s’il est inductif ou capacitif.
9°) Déterminer les expressions sinusoïdales de la tension et du courant.
10°) Tracer les formes d’onde des tensions et du courant sur un même diagramme.
A.N : e = 70,7sin(377 t+30°) R= 2 XL= 6 XC= 10
Solution :



1
2
1°) Impédance totale Z : Z  R  XL  XC
; Z  2  4j  4,46   63,4
tg  XL  XC
 angle de phase entre courant et tension
R
( tg  6  10  2 ;  = arctg(-2) = -63,43°)
2
2°) Triangle d’impédance du RLC
 XL  XC pour      0 u en avance sur i
 XL  XC pour      0 u en retard sur i
2
2
3°) Valeur de C et de L :   377 rd / s
(265µF)
XC  1
 C 1
 C
  XC
L  XL (0,0159H)

4°) Calcul de i ; vR ; vC ; vL ; sous forme de vecteur de phase (valeur efficace, phase : X   ).
XL  L  

i  Im sin(  t  i)
Em  Z  I m

I m  Em
Z
Ieff = 11,2  93,43 ( Ieff  Im )
2
vR  R  Im sin(  t  i)  VR sin(  t  i) avec VR  R  Im

R  i , VR eff  22,4  93,43
v L  XL  Im sin(  t    i)  VL cos(  t  i) avec VL  XL  Im
2
L  i    183,43 ; VLeff  67,2  183,43
2
_
_
_
Arg u  Arg Z Arg i
30    i
i  30 -   93,43
(   63,43 )
i  0
circuit capacitif
72
vC  XC  Im sin(  t    i)  VC cos(  t  i) avec VC  XC  Im
2

L  i   3,43 ; VCeff  112  3,43
2
5°) Diagramme de phase :
6°) Vérification de la loi des tensions
Em  VR2  (VL  VC)2
; v R  v L  vC  e
 Im R 2  (X L  XC)2
7°) Puissance moyenne fournie au circuit
_
;
P  Eeff  Ieff  cos  (251W) , Eeff  Em
2
Ieff  Im
2
8°) Facteur de puissance – Inductif ou capacitif ?
 = -63,43° 0  circuit capacitif
tg  XL  XC
R
9°) Expressions sinusoïdales des tensions et du courant( courant et tensions instantanés ) :
i  Im sin(  t  i)
Em  Z  I m  I m  Em
_
_
_
Z
Arg u  Arg Z Arg i
vR  R  Im sin(  t  i)  VR sin(  t  i) avec VR  R  Im
30    i

v L  XL  Im sin(  t   i)  VL cos(  t  i) avec VL  XL  Im
i  30 -   93,43
2
(   63,43 )
vC  XC  Im sin(  t    i)  VC cos(  t  i) avec VC  XC  Im
i  0
2
( Remarque : VR+VL+VC  Em car quantités variantes de façon harmonique,
circuit capacitif
on devrait tenir compte de leur phase; v R  v L  vC  e )
10°) Représentation :
73
Exercice 9: Déterminer le courant dans chacune des branches du réseau de la figure ci dessous.
A.N : E1= E2 =
R1=50; XL= 20; XC= 60
fig. 5
Solution :
Z1  R ; Z2 
j 
L   e 2

 j
et Z3  1  e 2
C
METHODE DE MAXWELL
 Z1  Z2  Z2   i1 
 e  e2 

    1
 ; Z  ?
  Z2 Z2  Z3   i3 
 e2 

  


i 1  ?
i 3  ?
Zi et ei dans la forme symbolique
MILLMANN

VM  e1
i1 
Z1


V M  e2   i  0 ;
 i2 
Z2


VM
 i3 
Z3

VM  e1  VM  e2  VM  0
Z1
Z2
Z3

 

 VM 1  1  1    e1  e2 
 Z1 Z2 Z3   Z1 Z2 
74
soit : VM 
e1 / Z1  e2 / Z2
1 / Z1  1 / Z2  1 / Z3

; i3  VM 

Z3
Z1  e2  Z2  e1
Z1  Z3  Z1  Z2  Z2  Z3


THEVENIN
Z th 
Z1  Z 2
Z1  Z 2
; VA  VB  Z1  i x    1  e1
Loi à la maille : Z1  i x    1  e1  Z 2  i x    1  e 2  0
d’où i x 
i Th C 
e1  e 2
Z1  Z 2
v Th
Z Th  Z 3

 e1  e 2 
Z1  e 2  Z 2  e 1
  e1 

Z1  Z 2
 Z1  Z 2 
; VA  VB  Z1 
Z1  e 2  Z 2  e1

Z1  Z 2
Z1  Z 2   Z 3 
Z1  Z 2








Z
Z1  e 2  Z 2  e 1
1
 Z 3  Z1  Z 2  Z 2  Z 3

KIRCHOFF
-
i1,i2  i3 nœud
maille (1) Z1i1  Z2(i2)  (1)e2  (1)e1  0
-
maille (2) Z 3 i 3  ( 1)e 2  Z 2 i 2  0
Remplacer le courant de branche commune : i 2  i 3  i1
Z1 i 1  Z 2 ( i 1  i 3 )  e 1  e 2

(Z1  Z2)i1  Z2i3  e1  e2


  Z2i1  (Z3  Z2)i3  e2
Z3i3  Z2(i3  i1)  e2

  Z2

Z1  Z2
soit : 
 e  e2 
 Z2   i1 
    1






Z2  Z3   i3 
 e2 
SUPERPOSITION
Relation des courants
'
"
i1  i1  i1 ,
"
'
i2  i2  i2

  Z2

Z1  Z2
Système (S’) : 

Z1  Z 2
Système (S’’) : 
  Z2
'
"
et i3  i3  i3
 e  0
 Z2   i'1 
    1






Z2  Z3   i'3 
 0 
 0  e2 
 Z 2    i' ' 1 

  




 e2 
Z 2  Z 3   i' 3 


75
76
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