TP : Mesure de Puissances - Rapport de Laboratoire

TP : Mesure de Puissances.
1. Introduction :
La puissance est une des grandeurs les plus importantes en électricité et en
physique d’une manière générale. Elle décrit les besoins énergétiques d’un
système et est définie comme étant l’énergie consommée ou produite W par
unité de temps.
P= dW/dt
Pour une valeur constante, l’énergie consommée ( ou travail) est donnée
par :
W=P*t
Cette énergie est exprimée dans le Système International en Joules et en
pratique par le wattheure ou le kilowattheure (kWh).
Puissance électrique :
La puissance électrique que l'on note souvent P et qui a pour unité le watt
(symbole W) est le produit de la tension électrique aux bornes de laquelle
est branchée l'appareil (en volts) et de l'intensité du courant électrique qui
le traverse (en ampères). La puissance instantanée est donnée par :
P(t)=u(t)*i(t).
La moyenne de cette puissance est appelée puissance active et c’est elle que
facturent les compagnies délivrant l’électricité aux usagers.
En courant continu (DC), les grandeurs mesurées sont constantes de sorte
que la puissance s’exprime par :
P=U*I (W).
Si les circuits alimentés sont purement résistifs, les appareils de mesure
indiqueront les intensités maximales des courants et des tensions.
En régime alternatif (AC), on distingue trois types de puissances :

- La puissance active (ou puissance moyenne) représente l’énergie par
unité de temps consommée par un appareil électrique et transformée
en travail (faire tourner un moteur) ou en chaleur (résistance
électrique). A titre indicatif, on cite les exemples suivants :
Calculatrice de poche0,4 mW
Phare de bicyclette2,4 W
Congélateur150 W
Fer à repasser1kW
Téléviseur en couleurs80 W
Cuisinière électrique6kW
Locomotive électrique3MW
Pile solaire 25mW
Dynamo de bicyclette3W
Générateur de centrale électrique300 MW
- La puissance réactiveapparaît dans tout système ayant des
composants réactifs (c'est-à-dire capacitifs ou inductifs). Elle peut
être soit « produite » (circuit capacitif) soit « consommée » (circuit
inductif) par les différents éléments des circuits.Alors que la
puissance active est utilisée pour générer un travail (par exemple
celui d'un moteur) ou de la chaleur, la puissance réactive correspond,
lorsqu'elle est « consommée », par exemple à l'établissement du
champ magnétique dans les machines électriques (transformateurs,
machine asynchrone, etc.). Parmi les consommateurs d'énergie
réactive, on peut citer également : les lampes fluorescentes et à
décharge à ballast magnétiques, le chauffage par induction (fours à
induction et à arc), les machines à souder et les convertisseurs
statiques. la puissance réactive prélevée par les consommateurs est
trop élevée par rapport à la puissance active, l'augmentation du
courant dans le réseau électrique entraine des pertes thermiques, des
surcharges des transformateurs de distribution, l'échauffement des
câbles d'alimentation et des chutes de tension, il est donc primordial
d'y remédier. Surdimensionner ces installations, avec les
conséquences économiques que cela représente n'étant pas réaliste, il
est préférable de compenser cette puissance réactive en améliorant le
facteur de puissance, par l'installation de systèmes « produisant » de
l'énergie réactive. Ces systèmes peuvent être des condensateurs, des
ensembles d'inductances et de condensateurs (ensembles qui peuvent
être automatisés), des machines tournantes (compensateurs
synchrones) ou des compensateurs statiques.

- La puissance apparente est définie comme étant la valeur maximale
qui peut être prise par la puissance active.La puissance apparente
sert au dimensionnement des systèmes et est la puissance nominale
d'une machine par exemple.
En courant alternatif et due à la présence d’éléments inductifs et ou
capacitifs, le courant traversant un dipôle et la tension à ses bornes sont
déphasés de sorte que :
i(t)=I0cos(ωt)= Ieffcos(ωt).
u(t)=U0 cos(ωt +φ)= Ueff cos(ωt +φ).
OùUeff et Ieff sont les valeurs efficaces de la tension et du courant, et φ est
le déphasage de la tension par rapport au courant.Ces deux grandeurs sont
celles qui sont mesurées par les appareils de mesure.La valeur efficace Ieff
d'une intensité i ( t ) d'un courant variable au cours du temps de période T
est égale à l’intensité du courant continu dissipant la même énergie W que
i ( t ) à travers une résistance R sur une période T.
= 
La puissance active ou moyenne est définie par :
Par intégration, on obtient :
P = Pa=UeffIeff cos(φ).
Oùcos( φ) est appelé facteur de puissance. Lorsque le facteur de puissance
vaut 1, la puissance active est maximale et correspond alors à la puissance
apparente exprimée en VA (volt-ampère) qui est donnée par l’expression :
S=UeffIeff
La puissance réactive exprimée en VAR (volt-ampère réactive) est
symbolisée par Q et s’exprime par :
Q=UeffIeff sin(φ).
Construction de Fresnel :

La construction ou diagramme de Fresnel est une représentation vectorielle
de grandeurs complexes. Sur l’axe des x, on représente la partie réelle et en
ordonnée, la partie imaginaire. Pour un dipôle résistif-inductif, l’impédance
est donnée par :
Z= R +jωL
En termes de puissances électriques, la relation fondamentale est donnée
par :
S = P +jQ
2.Mesure de puissances :
Pour mesurer la puissance dissipée dans un dipôle résistif, on peut utiliser
plusieurs méthodes :
1.La méthodevoltampermetrique qui consiste à utiliser uniquement un
voltmètre et un ampèremètre disposés selon deux montages : le montage en
aval ou courte dérivation et le montage amont ou longue dérivation comme
indiqué ci-dessous.

2. Le wattmètre qui regroupe les fonctions d’un voltmètre et d’un
ampèremètre. Cet appareil possède donc au minimum 4 terminaux
comme schématisé ci-dessous. Deux bornes sont utilisées comme
ampèremètre et deux bornes comme bornes d’un voltmètre.
Fig. Modele de wattmètres et mode de branchement.