Exercice 1. Courant harmonique dans le neutre

TD n°2 Sciences Appliquées BTS 2
Qualité de l’énergie
Qualité de l’énergie __________________________________________________________________ 2
Exercice 1. Contrôle de connaissances (Solution.1) _______________________________________________ 2
Perturbations conduites _______________________________________________________________ 4
Exercice 1. Perturbation d’un capteur (couplage par fil de masse) (Solution.2) ___________________________ 4
Exercice 2. Couplage par impédance commune (Solution.3) __________________________________________ 4
Exercice 3. Couplage par conducteur plan de masse _______________________________________________ 5
Exercice 4. Diaphonie inductive (Solution.5) ____________________________________________________ 5
Exercice 5. Diaphonie capacitive (Solution.6) ___________________________________________________ 6
Exercice 6. Perturbations électromagnétiques (Précis d’etk 2e année 2e ed p237)(Solution.7) _______________ 6
Perturbations rayonnées _______________________________________________________________ 7
Exercice 1. Etude de cas : Foudre au sein d’un réseau informatique (Solution.8) __________________________ 7
Exercice 2. Couplage champ électrique à conducteur(Solution.9) _____________________________________ 7
Exercice 3. Couplage champ magnétique à boucle (Solution.10) _______________________________________ 8
Compensation d’énergie réactive _________________________________________________________ 9
Exercice 1. Ligne monophasée (Solution.11) _____________________________________________________ 9
Exercice 2. Relèvement du facteur de puissance(Solution.12) _______________________________________ 9
Harmoniques et filtres _______________________________________________________________ 10
Exercice 1. Courant harmonique dans le neutre, surdimensionnement de celui-ci(Solution.13) ________________ 10
Exercice 2. Claquage de condensateurs du aux harmoniques de courant (Solution.14) ______________________ 10
Exercice 3. Claquage de condensateurs du aux harmoniques de courant(Solution.15) _______________________ 11
Exercice 4. Etude d’un filtre anti- harmoniques Relèvement du facteur de puissance (Solution.16) (Ellipses p43) __ 12
Exercice 5. BTS 2005 Etk Métropole Filtrage passif des signaux de commande présents sur le réseau (Solution.24)
13
Exercice 6. BTS 2003 Etk Métropole : Etude d’un filtre anti-harmoniques (Solution.25) ___________________ 14
Exercice 7. Etude d’un filtre anti- harmoniques (Solution.17) ________________________________________ 14
Exercice 8. Amélioration du facteur de puissance avec un circuit LC (BTS 01 Métropole) (Solution.27) _________ 15
Exercice 9. Etude d’un onduleur de secours (BTS 00 Métropole) (Solution.26) __________________________ 18
Exercice 10. Etude en configuration onduleur à modulation de largeur d’impulsion (BTS 00 Nouméa) (Solution.28) 22
Exercice 11. BTS 2009 Etk Metropole (Solution.29) ______________________________________________ 23
Exercice 12. BTS 2005 Métropole : Couplage d’un transformateur (Solution.30) _________________________ 24
Exercice 13. BTS 2001 (Nouméa) Transfo relevement fp () (Solution.31) _______________________________ 25
Exercice 14. BTS 2007 Etk Metro - Etude de l’onduleur commande en MLI (Solution.32) ___________________ 27
Exercice 15. BTS 2003 Etk Metro Alimentation des moteurs électriques de propulsion du paquebot Queen Mary 2
PD3 (Solution.33) _________________________________________________________________________ 28
Exercice 16. BTS 2002 Etk Metro PMCF (Solution.34) _____________________________________________ 31
Exercice 17. BTS 2002 Etk Nouméa PD3 et ses harmoniques (Solution.35) _____________________________ 33
Exercice 18. BTS 1999 Etk Nouméa Q absorbée par PD3 commandé Compensateur statique (Solution.36) _______ 36
Exercice 19. BTS 2010 Etk Metro Conséquences de l'utilisation d’un variateur de vitesse (Solution.37) ________ 39
Exercice 20. BTS 2010 Etk Nouméa ALIMENTATION ELECTRIQUE DE LA MACHINE (Solution.38) ___________ 41
Exercice 21. BTS 2006 Etk Métro Etude d’un onduleur (Solution.39) __________________________________ 43
Exercice 22. BTS Etk 1995 Nouméa Etude de la génératrice tachymétrique (Solution.40) __________________ 46
Exercice 23. BTS Etk 2012 Nouméa Chalet PV(Solution.41) _________________________________________ 46
Exercice 24. BTS Etk 2013 Métro Eclairage Pablo Picasso (Solution.42) ________________________________ 48
Exercice 25. BTS Etk 2013 Métro Eclairage Pablo Picasso (Solution.43) ________________________________ 49
Qualité de l’énergie Exercices à finaliser _________________________________________________ 53
Exercice 1. Courants d’un tube fluorescent ____________________________________________________ 53
Exercice 2. Courants d’une lampe fluocompacte _________________________________________________ 54
Exercice 3. Courants dans une alim ordi (PD2 +C) _______________________________________________ 54
Exercice 4. Courants d’un oscilloscope _______________________________________________________ 56
Exercice 5. Etude de cas : Le match le Mans Guimgamp ___________________________________________ 58
Solutions Qualité de l’énergie __________________________________________________________ 59
Solution.1. Exercice 1 :Contrôle de connaissances ________________________________________________ 59
Solution.2. Exercice 1 :Perturbation d’un capteur ________________________________________________ 59
Solution.3. Exercice 2 :Couplage par impédance commune __________________________________________ 60
Solution.4. Exercice 3 :Couplage par conducteur plan de masse ______________________________________ 60
Solution.5. Exercice 4 :Diaphonie inductive ____________________________________________________ 60

Solution.6. Exercice 5 :Diaphonie capacitive ____________________________________________________ 60
Solution.7. Exercice 6 : Perturbations électromagnétiques (Précis d’etk 2e année 2e ed p237) _______________ 60
Solution.8. Exercice 1 : Etude de cas : Foudre au sein d’un réseau informatique __________________________ 60
Solution.9. Exercice 2 :Couplage champ électrique à conducteur ______________________________________ 61
Solution.10. Exercice 3 :Couplage champ magnétique à boucle ________________________________________ 61
Solution.11. Exercice 1 : Ligne monophasée ______________________________________________________ 61
Solution.12. Exercice 2 :Relèvement du facteur de puissance ________________________________________ 61
Solution.13. Exercice 1 :Courant harmonique dans le neutre, surdimensionnement de celui-ci ________________ 62
Solution.14. Exercice 2 :Claquage de condensateurs du aux harmoniques de courant (Solution.14) _____________ 63
Solution.15. Exercice 3 :Claquage de condensateurs du aux harmoniques de courant _______________________ 63
Solution.16. Exercice 4 : Etude d’un filtre anti- harmoniques Relèvement du facteur de puissance (Solution.16)
(Ellipses p43) __________________________________________________________________________ 65
Solution.17. Exercice 7 : Etude d’un filtre anti- harmoniques ________________________________________ 66
Solution.18. Exercice 11 :BTS 2009 Etk Metropole _______________________________________________ 67
Solution.19. Exercice 1 :Courants d’un tube fluorescent ___________________________________________ 67
Solution.20. Exercice 2 :Courants d’une lampe fluocompacte ________________________________________ 67
Solution.21. Exercice 3 :Courants dans une alim ordi (PD2 +C) _______________________________________ 67
Solution.22. Exercice 4 :Courants d’un oscilloscope _______________________________________________ 67
Solution.23. Exercice 5 :Etude de cas : Le match le Mans Guimgamp __________________________________ 67
Solution.24. Exercice 5 : BTS 2005 Etk Métropole ______________________________________________ 67
Solution.25. Exercice 6 : BTS 2003 Etk Métropole : Etude d’un filtre anti-harmoniques ____________________ 68
Solution.26. Exercice 9 : Etude d’un onduleur de secours (BTS 00 Métropole) (Solution.26) ________________ 69
Solution.27. Exercice 8 : Amélioration du facteur de puissance avec un circuit LC (BTS 01 Métropole) (Solution.27) 72
Solution.28. Exercice 10 : Etude en configuration onduleur à modulation de largeur d’impulsion (BTS 00 Nouméa) 74
Solution.29. Exercice 11 : BTS 2009 Etk Metropole ______________________________________________ 76
Solution.30. Exercice 12 : BTS 2005 Métropole : Couplage d’un transformateur _________________________ 77
Solution.31. Exercice 13 : BTS 2001 (Nouméa) Transfo relevement fp () _______________________________ 78
Solution.32. Exercice 14 : BTS 2007 Etk Metro - Etude de l’onduleur commande en MLI (Solution.32) _________ 79
Solution.33. Exercice 15 : BTS 2003 Etk Metro Alimentation des moteurs électriques de propulsion du paquebot
Queen Mary 2 PD3 (Solution.33) ___________________________________________________________ 80
Solution.34. Exercice 16 : BTS 2002 Etk Metro PMCF (Solution.34) __________________________________ 82
Solution.35. Exercice 17 : BTS 2002 Etk Nouméa PD3 et ses harmoniques (Solution.35) ___________________ 82
Solution.36. Exercice 18 : BTS 1999 Etk Nouméa Q absorbée par PD3 commandé Compensateur statique (Solution.36)
____________________________________________________________________________________ 83
Solution.37. Exercice 19 : BTS 2010 Etk Metro Conséquences de l'utilisation d’un variateur de vitesse (Solution.37)
____________________________________________________________________________________ 86
Solution.38. Exercice 20 : BTS 2010 Etk Nouméa ALIMENTATION ELECTRIQUE DE LA MACHINE (Solution.38) 88
Solution.39. Exercice 21 : BTS 2006 Etk Métro Etude d’un onduleur (Solution.39) ________________________ 89
Solution.40. Exercice 22 : BTS Etk 1995 Nouméa Etude de la génératrice tachymétrique (Solution.40) ________ 90
Solution.41. Exercice 23 : BTS Etk 2012 Nouméa Chalet PV(Solution.41) ________________________________ 91
Solution.42. Exercice 24 : BTS Etk 2013 Métro Eclairage Pablo Picasso (Solution.42) ______________________ 91
Solution.43. Exercice 25 : BTS Etk 2013 Métro Eclairage Pablo Picasso (Solution.43) _____________________ 92
Qualité de l’énergie
Exercice 1. Contrôle de connaissances (Solution.1)
Cochez les bonnes réponses
1. Le courant efficace est défini comme suit
1h
I
3h
I
2
2hn nI
22
12 h hn
n
II
2. Sur une charge non linéaire
1
cos
p
f
1
cos
p
f
1
cos
p
f
3. Allure de courant d’une charge non linéaire

U
I
U
I
U
I
U
I
4. Le THDI est défini comme suit
2
2hn nI
I
2
1hn nI
I
2
2
1
hn
nI
I
2
1
1
hn
nI
I
5. La solution(s) de réduction des courants haute fréquence :
 Un filtre anti-harmoniques
 Un câble blindé
 Un filtre haut fréquences
6. La solution(s) de réduction du rayonnement d’un câble :
 Un câble blindé raccordé
 Un filtre hautes fréquences
 Un câble blindé
7. Moyen de mesure d’un courant haute fréquence :
 Sonde de Moebius
 Pince TI RMS
 Pince haute fréquence
 Antenne de mesure HF
8. Incidence du couplage inductif dans une surface de boucle de masse de câblage :
 Diaphonie capacitive
 Génération d’une tension perturbatrice
 génération de champ électrique
9. Cocher la ou les bonnes réponses
 La perturbation par couplage capacitif est un effet du champ magnétique.
 Le fil central d'un câble coaxial n'est pas soumis aux perturbations électromagnétiques, si la partie extérieure
est mise à la masse.

Perturbations conduites
Exercice 1. Perturbation d’un capteur (couplage par fil de masse) (Solution.2)
Le capteur est une dynamo tachymétrique délivrant 1V/(1000 tr/min)
VS est telle que à 2000 tr /min correspond 10 V.
1. Calculer la valeur du rapport R2/R1 satisfaisant cette condition.
La source de tension est de 120 V, la charge mécanique absorbe Imot= 8 A
Elle alimente la MCC de caractéristiques :
U= 120 V ; P= 850 W, n= 800 tr/min, I= 8A (Rinduit = 2 )
La charge mécanique impose un courant dans la MCC
2. Quelle est la vitesse de la MCC ?
3. Quelle est la tension délivrée par le capteur ?
4. Quelle est la tension v+, en déduire VS ?
La résistance du fil de masse est en fait de rfil =18 m
5. Déterminer la tension délivrée par le capteur , en déduire v+ (en n’oubliant pas la chute de
tension dans le fil de masse)?
6. Quelle est la tension VS ?
7. Quelle est la vitesse mesurée ?
Exercice 2. Couplage par impédance commune (Solution.3)

Pour les fils, l’inductance vaut à peu près 1 μH/m quel que soit le diamètre.
1. Calculer l’inductance de la piste, comparer avec la formule approchée de l’inductance d’un fil.
2. Montrer que la résistance d’une piste de circuit imprimé d’épaisseur e = 35 μm vaut approximativement
:
3
0,5 10Rd
3. Calculer les perturbations à 100 Hz et à 1 MHz.
4. Evaluer l’impédance de la piste de masse.
5. Calculer le courant délivré par le générateur.
6. Calculer la tension parasite aux bornes de la piste de masse.
Exercice 3. Couplage par conducteur plan de masse
Capacité parasite C = Cp + Ci
pS
Ce
: Capacité plane de 2 plaques séparées par un diélectrique de permittivité e.
Ci = 35.10-12 D : capacité intrinsèque qui prend en compte les effets de bord.
Circuit imprimé double face : verre époxy r = 4 épaisseur 1.5 mm
EDC = 9 V
EHF=2 V pour 1 MHz et RG= 47 
1. Calculer la capacité conducteur/plan de masse.
2. Calculer le courant parasite dans cette capacité.
3. Calculer la tension RG,.
Exercice 4. Diaphonie inductive (Solution.5)
Formule de la diaphonie :
V
C
V
DV
: rapport de la tension victime sur la tension coupable.
1. Calculer la mutuelle parasite entre les deux circuits.