Electricité

ELECTRICITE
● Sens conventionnel du courant:
→ Pôle négatif (–) = électrons en surnombre
→ Pole positif (+) = électrons en manque
Cependant: courant considéré comme allant du + au –
● Générateur de courant continu:
→ Courant circulant toujours dans le même sens
→ Ex: pile, accumulateur (batterie), dynamo
● Générateur de courant alternatif:
→ Pôle tantôt positifs, tantôt négatifs
→ Le courant change de signe alternativement
● Circuits:
→ Circuit ouvert = circuit interrompu
→ Circuit fermé = circuit établi
● Définitions:
→ Générateurs: système capable de mettre en mouvement des électrons
→ Récepteurs: appareils qui reçoivent et transforment l'énergie électrique
→ Conducteur: ce qui permet l'acheminement des électrons
→ Interrupteurs: appareils d'ouverture et de fermeture des circuits
→ Appareils de sécurité: fusibles, disjoncteurs
→ Appareils de mesure: voltmètre, ampèremètre, ohmmètre
→ Rhéostat: appareil permettant de faire varier l'intensité en ampères
→ Potentiomètre: "
"
" "
" la tension en volts
● 1er effet (chaleur):
→ Passage du courant = dégagement de chaleur
→ Un fil est en soi une résistance = récepteur thermique (Ex: radiateur)
→ Electrons circulant dans atomes = chocs
→ Echauffement constaté = perte d'énergie par frottement
● 2ème effet (chimique):
→ Fil remplacé par solution liquide
→ 2 électrodes: 1 + (anode), 1 – (cathode)
→ Décomposition chimique de la solution (électrolyse)
→ D'où: récepteur chimique (électrolyseur)
● 3ème effet (magnéto mécanique):
→ Le courant déplace un aimant
→ Sens déterminé courant = sens déplacement aimant
→ Sens inverse courant = sens inverse aimant
● Newton (N):
→ Force sur 1 kg = vitesse 1 m / seconde
● Joule (J):
→ Force de 1 N déplacée sur 1 m = travail de 1 joule
● Couple de forces:
→ Deux force parallèles, égales et de sens contraire
→ Moment = efficacité du couple
● Puissance (P):
→ Unité = Watt (W)
→ Puissance fournie de 1 J pendant 1 seconde
● Notion rendement/perte d'énergie:
→ Energie perdue = énergie totale – énergie utile (Wp = Wt – Wu)
● Quantité d'électricité (Q):
→ Volume d'hydrogène suite à électrons traversant une cuve chimique
→ Unité: Le Coulomb (C)
→ C = quantité équivalente au dépôt d'argent en mg sur la cathode
● Intensité d'un courant:
→ Nombre de Coulombs débité en 1 seconde
→ Unité: l'Ampère (A): intensité d'1 courant qui débite 1 C pendant 1 sec
→ Ampère-heure (Ah): quant. d'élec. transportée par 1 A pendant 1 heure
Plusieurs récepteurs groupés en série sont parcourus par le même courant.
Le courant divisé à une répartition est le même à son entrée et à sa sortie
● Différence De Potentiel d.d.p. (U) ou tension d'un courant:
→ Ente le + et –, une certaine partie d'énergie potentielle est abandonnée
→ Celle-ci est transformée en travail mécanique par un récepteur/moteur
→ U = la différence entre les bornes d'un générateur
→ U = rapport: énergie perdue entre les 2 / quantité d'électricité y passant
→ U = W/Q ou: énergie perdue (joules) / quantité d'électricité (coulomb)
→ Unité: le Volt (V)
→ Déf: ddp de 1 V entre 2 points si 1 C passant laisse l'énergie de 1 J
→ Voltmètre branché en dehors du circuit = en dérivation (parallèle)
● Force électromotrice (f.é.m.):
→ Notée E (en volts)
→ Maximum de volts que peut fournir un générateur circuit ouvert
→ Ce nombre est mesuré par le voltmètre (générateur ne débitant pas)
→ Transformation énergie mécanique en énergie électrique (dynamo)
Plusieurs récepteurs groupés en parallèle sont soumis à la même d.d.p.
Récepteurs en série: d.d.p. aux bornes = somme des d.d.p. successives
+ − + − + − + − (dans la continuité du circuit)
→ Dans ce cas: addition des tensions (+ de voltage)
En parallèle:
+ + + + − − − − (à côté du circuit)
→ Dans ce cas addition des intensités (+ d'ampérage)
En parallèle et en série: + + − − + + − −
→ 2 x 2 éléments de 12 V en série = circuit en 24 V
→ 2 x 2 éléments à 80 Ah, I = 320 Ah
En série:
● Force contre-électromotrice (f.c.é.m.):
→ Notée E' (en volts)
→ Transformation énergie électrique en énergie mécanique (récepteur)
● P = U x I:
→ Volts x Ampères = Watts
→ Puissance dépensée proportionnelle à:
→ d.d.p. à ses bornes
→ intensité du courant qui le traverse
→ PUIssance: 1 V = d.d.p. d'un fil parcouru par 1 A dissipant 1 W
→ L'énergie électrique dépensée par un récepteur est proportionnelle à:*
→ Tension maintenue aux bornes de ce récepteur
→ Intensité du courant qui le traverse
→ Temps d'utilisation
→ U x I x t = W (mesuré par un wattmètre)
→ Volts x Ampères x heures = Wattheures (voir compteur électrique)
→ Wattheure = unité de la puissance consommée par heure
● Notion de résistance (R):
→ Dépend de la difficulté qu'éprouve le courant à passer
→ Intensité faible = conducteur + résistant
→ Intensité forte = conducteur – résistant
→ Unité: l'ohm (Ω)
→ La résistance d'un conducteur est:
→ Proportionnelle à la longueur de ce conducteur
→ Inversement proportionnelle à la section de ce conducteur
→ Résistance = rapport constant entre:
→ La tension aux bornes du conducteur
→ L'intensité du courant qui y passe
→ D'où: U = R x I
● Densité de courant:
→ Nbre d'A que l'on peut admettre par mm² de section dans un conduct.
→ Densité de courant en – quand section du conducteur en +
→ Importance du refroidissement
→ Court-circuit = 2 conducteurs réunis par une faible résistance (chaleur)
● Induction électromagnétique:
→ Un courant, comme aimant, produit un champ magnétique
→ Celui-ci est caractérisé par une grandeur vectorielle: l'induction
→ Solénoïde = aimant dont on peut calculer l'induction en son centre
● Courant alternatif:
→ Courant qui change de sens plusieurs fois par seconde
→ La rotation d'un cadre, dans un champ d'induction, produit une f.é.m.
→ Cette f.é.m. est dite "d'induction alternative" car sa valeur "alterne"
→ Notion d'alternance positive et d'alternance négative
→ Période: + court intervalle de T séparant 2 état électriques identiques
→ Fréquence: nombre de périodes dans une seconde (norme = 50 Hz)
→ Amplitude: valeur max prise par le courant à chaque alternance
→ Pulsation: vitesse angulaire du cadre tournant dans le champ/induction
→ Déphasage: 2 courants n'étant pas maximaux et nuls simultanément
● Puissances:
→ Apparente: puissance mesurée par U x I
→ Active : transformée par récepteur en énergie nouvelle récupérable
→ Réactive: réaction magnétique du récepteur, donc magnétisante
→ Condensateur: générateur de puissance réactive
→ 5 formes de puissance:
1- Puissance apparente (mesurable et encore non transformée)
2- Puissance réactive (magnétisante), donc perdue
3- Puissance active, laquelle donne:
4- Puissance mécanique utile (Pu)
5- Puissance perdue:
→ Par frottements électriques (effet Joule / pertes dans le fer)
→ Par frottements mécaniques (courroie poulie)
● Intensités:
→ Efficace: qui passe dans la ligne, mesurée par ampèremètre
→ Active: productrice de puissance mécanique ou calorifique
→ Réactive: sert à créer des champs d'induction dans les récepteurs
● Facteur de puissance:
→ Soit cos φ, l'angle du déphasage de la tension sur l'intensité
→ Cos φ sert à déterminer le facteur de puissance d'une installation
→ Le facteur de puissance sert à calculer la puissance perdue
→ La puissance perdue est due à l'effet Joule
→ Pour une puissance disponible égale, l’intensité en ligne peut varier
→ Elle dépend de cos φ. Si celui-ci diminue:
→ L'intensité appelée augmente
→ Les pertes par effet Joule augmentent
→ Les chutes de tension sont plus importantes
→ = le rendement de l'installation diminue
→ Cos φ de X,X = XX°
→ = intensité absorbée par le moteur en retard de XX°
→ = son vecteur en retard de XX° par rapport à celui de la tension
→ Facteur de puissance mauvais si:
→ Un moteur ne fonctionne pas à pleine charge, c'est-à-dire:
→ Puiss. Méca utile ≠ puiss. demandée par machine entraînée
→ Si une moteur est survolté, c'est-à-dire:
→ Tension fonctionnemt normale > à celle réseau de branchement
→ Facteur de puissance amélioré:
→ Si moteurs à vide = utilisation de condensateurs
→ Condensateurs = rectification du cos φ vers le haut
→ = aussi: compensent la dépense exagérée des autres appareils
● Alternateurs monophasés:
→ Variation de flux dans un circuit = rotation d'un aimant
→ Création d'un flux d'induction devant l'une des faces d'une bobine
→ Inducteur mobile ou Rotor (rotatif) = aimant (nombre pair en pôles)
→ Induit fixe ou Stator (statique) = bobine
→ Excitatrice: dynamo en courant continu qui fait tourner le rotor
→ L'inducteur peut aussi être auto excité:
→ Redresseurs secs = utilisation tension alternative de l'induit
→ = Alimentation de l'inducteur par l'intermédiaire de diodes
● Alternateurs triphasés:
→ Montage de 3 bobines aux sommets d'un triangle équilatéral
→ Axes espacés de 120°
→ Au centre, un aimant tourne à vitesse constante
→ 3 bobines à 120° = 3 tensions décalées d'un tiers de période
→ Puisque: 1 tour de l'aimant (1 paire de pôles) = 1 période
→ Neutre = extrémités identiques des 3 bobines (fil commun)
→ Phases = les 3 autres fils
→ Récepteur monophasé = alimenté par 2 fils (1 phase et 1 neutre)
→ Récepteur triphasé = alimenté par 3 phases du secteur
→ = aussi: peut être considéré comme 3 récepteurs monophasés
→ avec le neutre en commun
→ Circuit équilibré = il n'y a pas de courant dans le neutre
→ Circuit déséquilibré = il y a du courant dans le neutre
→ Phases déséquilibrées = neutre indispensable
→ 3 récepteurs identiques = 3 phases intensités égales = neutre 0 intensité
→ 3 récepteurs diff. = 3 phases intensités diff. = intensité dans le neutre
● Normalisation:
→ Secteur 220 V (127/220 V): 127 V entre N et Ph, 220 V entre Ph et Ph
→ Secteur 380 V (220/380 V): 220 V entre N et Ph, 380 V entre Ph et Ph
● Distribution en triphasé:
→ Tension simple (V) = tension aux bornes du générateur
→ Entre neutre et phase = 127 V (x 3 = 380 V)
→ Tension composée (U) = tension mesurée entre 2 fils de phases
→ Entre 2 phases = 220 V, tel que U = V x √3
→ Si V = 127, alors 127 x √3 = 219.97, donc U = 220 V
→ Si V = 220, alors 220 x √3 = 381.05, donc U = 380 V
→ Intensité simple (J) = intensité qui circule dans le générateur
→ Intensité en ligne (I) = intensité qui circule dans 1 fil de phase
→ Intensité résultante (In) = intensité dans le fil de retour (fil neutre)
Montage en étoile (1 neutre et 3 phases): donne 2 tensions U et V:
→ Circuit équilibré: aucun courant dans le neutre = neutre inutile
→ la somme des courants est nulle
→ Circuit déséquilibré avec neutre distribué:
→ la somme des courants n'est pas nulle
→ Circuit déséquilibré avec neutre non distribué:
→ la sommes de courants est nulle
→ le neutre s'est déplacé
→ les tensions aux bornes récepteurs différentes
Montage en triangle (3 phases seulement): donne seulement tension U
→ Circuit équilibré: intensités récepteurs identiques
→ Circuit déséquilibré: intensités différentes, tensions identiques
→ Dans les 2 cas: le neutre n'est plus utilisé
→ Distribution à partir d'une ligne à 4 fils
→ Secondaire d'un transformateur triphasé
→ Bobinages groupés en étoile pour disposer des 2 tensions
→ Le neutre à la terre pour sécurité
→ Energie électrique transportée grâce à transformateur
→ On élève la tension au départ de la production
→ On abaisse la tension pour l'utilisation
● Formules:
→ Puissance (en continu):
→ Puissance (en alternatif): │
→ Puissance active:
│
→ Puissance réactive (Q):
P=UxI
P = U x I x cos φ
P = U x I x cos φ
Q = U x I x sin φ
COUPLAGE D'ALTERNATEUR
● Vérification à vide:
→ Régler fréquence du DA à coupler (± vite, cadran Hz) sur 61Hz
→ Régler tension du DA à coupler (excitation, cadran V) 10 V en +
● Vérification en charge:
→ Régler puissance réactive (excitation, cadran KVAr)
→ Régler puissance active (± vite, cadran KW)
● Couplage:
→ Egaliser les fréquences entre les 2 DA (± vite, cadran Hz)
→ Egaliser les tension entre les 2 DA (excitation, cadran V)
→ Mise sous tension du synchroscope
→ Coupler légèrement dans le sens – vite (bouton ±) jusqu'à – 5 (synchro)
→ Enclencher disjoncteur, et en même temps:
→ + vite sur le DA à coupler (sinon retour de puissance)
→ Equilibrer puissance active (cadran KW) entre les Da (± vite)
→ Equilibrer puissance réactive (cadran KVAr) entre les DA (excitation)
● Découplage:
→ − vite sur DA à découpler (KW) jusqu'à 20 ou 10 (pas zéro)
→ Découpler en appuyant sur disjoncteur