CR01: Réseaux de distribution

Alimentation
distribution de l’énergie électrique
I/ Réseaux de Distribution
Sources d’énergie :
Les trois sources d’énergie les plus utilisées pour produire de l’énergie électrique sont:
énergies renouvelables (Barrages hydrauliques …)
Energie Chimique (pétrole, charbon…)
Energie Nucléaire
Ces sources d’énergies sont très inégales si l’on considère le coût et la quantité d’énergie
produite, ainsi que la durée de mise en route des systèmes de production.
Elles ont cependant un point commun: la production électrique qui en est issu passe par
une étape de conversion d’énergie _Mécanique_ en énergie électrique. Leur principe de
fonctionnement est de mettre en rotation un alternateur; c’est à dire une génératrice qui
fournie une tension alternative de l’ordre de 20 kV à le fréquence de 50 Hz.
L’alternateur produit simultanément trois tensions de même valeur efficace et de même
fréquence (50 Hz) mais déphasées de 2/3 (120°); on parle de tensions triphasées.
Transport et distribution d’énergie
Pour réaliser la liaison entre les lieux de production et de consommation, il est nécessaire
d’établir des lignes aériennes et des canalisations souterraines.
Le transport et la distribution de l’énergie électrique s’effectuent actuellement avec les
tensions suivantes:
 Pour les très grandes puissances ou les grandes distances on utilise des tensions
THT (très haute tension) de 400kv.
 Pour le réseau de distribution national, ligne THT de 225kv.
 Pour les répartitions régionales et locales se sont des lignes HT de 90kv et
45kv.
 Les ligne MT (moyen tension) de 20kv sont dédiées au gros consommateur
(industries), aux villes et aux villages.
 Les ligne BT (basse tension) de 220v ou 380v pour les particuliers.
Le réseau de distribution français est très complexe. Il est obtenu par interconnections de
lignes indépendantes au départ. Des transformateurs d’énergie permettent de rendre
interconnectables toutes les mailles du réseau et d’adapter leurs tensions.
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Alimentation
Caractéristique du Réseau triphasé
Une distribution triphasée comporte généralement quatre conducteurs; trois d’entre eux
sont appelés conducteur de phase, le quatrième, relié au point commun des
transformateurs d’énergie alimentant le réseau, est le conducteur de neutre.
L1
u12(t)
L2
L3
u1(t)
u23(t)
u2(t)
u13(t)
Réseau
d’utilisation de
l’énergie
électrique
u3(t)
u1 = Usmax . sin(  . t )
u2 = Usmax . sin(  . t -  / 3 )
u3 = Usmax . sin(  . t – 4 .  / 3 )
Usmax = 325V (230 Veff)
U12max = 570V (400 Veff)
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u12 (t) = u1 (t) - u2 (t)
u23 (t) = u2 (t) - u3(t)
u13 (t) = u1 (t) - u3 (t)
Alimentation
Caractéristique du réseau monophasé
Ce réseau de distribution comporte deux conducteurs (L1 et L2).
La tension délivrée est u(t) = UM . sin (  . t ),
le courant circulant dans la ligne s’écrit i(t) = IM . sin (  . t +  ).
L’angle  représente le décalage angulaire entre la tension et le courant, appelé aussi
déphasage.
Tension et courant dans une ligne de distribution monophasé.
i(t)
 = 2..f
f=1 / T
u(t)
Réseau
d’utilisation de
l’énergie
électrique

u(t)
.t
i(t)
Remarque importante :
Sur une distribution en monophasé, il est important pour un technicien de distinguer la
phase et le neutre.
Pour une installation domestique et pour toutes les installations où une coupure de
courant occasionnelle n’est pas dramatique, le neutre et la terre sont reliés ensemble.
Ceci est fait au niveau du transformateur EDF Haute Tension / Basse Tension.
Ceci est par exemple important pour le positionnement d’un simple interrupteur de
commande d’une simple ampoule.
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Alimentation
II – Alimentation continue
L’immense majorité des circuits électronique on besoin d’une alimentions continue. Celle ci apporte
l’énergie nécessaire au fonctionnement du circuit.
Il existe deux manières d’apporter cette source d’énergie sous forme de tension continue au système :
-
un objet « chargé » en énergie (pile ,accumulateur, batterie) pour l’utilisation d’appareil
nomade (téléphone, baladeur…)
un objet utilisant le réseau E.D.F. pour fabriquer sa tension continue (alimentions de
votre paillasse, chargeur de portable, adaptateur secteur, structure présente dans les
appareils domestique branchés sur secteur comme un ordinateur, un magnétoscope, etc…)
-
A
Le symbole fonctionnel utiliser pour la
conversion d’une tension alternative en
tension continue est donné ci-contre.
E
-
a) piles et accumulateur : notion de quantité d’électricité
Les piles et accumulateurs sont des éléments qui fournissent une tension continue « fixe ». A la
différence des piles, les accumulateurs sont rechargeables.
Sur une pile, les trois caractéristiques principales sont énoncées :
- La tension nominale ( 1.5V pour une pile AA )
- La résistance interne ( moins d’un Ohm pour une pile AA )
- La quantité d’électricité Q (environ 2000 mA.h pour une pile AA alcaline) .
L’expression donnant Q est simple : Q = I . t ; si I est en ampère et t en seconde, Q s’exprimera en
Coulomb. Les industriels préfèrent utiliser l’A.h (ampère .heure) ou le mA.h (milli ampère .heure). 1 A.h
= 3600 C
La tension réelle chute en fonction
- d’une part de l’état d’usure de la pile
- d’autre part en fonction du courant débité. Cette chute de tension est due à la résistance
interne de la pile : La tension à ses bornes dépend de la tension à vide (parois notée E) et de
la chute de tension interne (donc du courant débité et de la résistance interne R):
pile
I
R
Upn
E
Upn = E – R. I
Rq : Avec 2 mesures, on peut tracer la caractéristique U = f(I) de la pile et déterminer ses E et R
Exercice :
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Alimentation
Sur une moto, un système de béquillage motorisé consomme 5,8 A pendant les 18 s de la
phase de béquillage. Calculer la quantité d’énergie (Q en A.h) consommée par le kit durant cette
phase.
Le concepteur de ce kit impose le remplacement de la batterie d'origine de la moto de 12V 20Ah
170A , par une batterie de 12V 30A.h 170A.
Le remplacement est-il justifié ? Argumenter la réponse.
Reponses :
a) Q = 18 x 5,8 = 104,4 C = 0,029 A.h ou 29mAh 2
b) La surcapacité imposée par le constructeur est de 10A.h
1 cycle de montée correspond à une consommation de 0,029 ce qui est négligeable par rapport à la capacité de la batterie.
Le changement de batterie ne se justifie donc pas
Quelques types de piles :
Piles salines
Bon marché mais faible capacité
Piles alcalines
Grande capacité (Certaines sont rechargeables)
Piles au Lithium
Grande capacité massique mais coût élevé
Accumulateurs
Ni-Cd
Avantages :
charge facile;Acceptent une surcharge ;Possibilité de charge rapide
Fort courant de décharge;Faible autodécharge
inconvenients :
Problème d'effet mémoire ;Pollution du Cadmium
Ni-Mh
Avantages :
Plus grande capacité (+40%)
Pas d'effet mémoire
inconvenients :
Charge plus délicate
Courant de décharge plus limité
Lithium-Ion
Téléphones GSM, ordinateurs portables, caméscopes.
Avantages : La plus grande capacité ;Meilleure gestion du niveau de charge
inconvenients : Coût élevé ;Chargeur spécifique
Plomb
Accumulateurs pour automobiles, onduleurs
Avantages :
Grande capacité volumique
Fort courant de décharge ( centaines d'ampères )
Très faible résistance interne
inconvenients
Très lourds
Electrolyte liquide (acide)
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Alimentation
b) alimentation regulée
voilà le schéma fonctionnel partiel de l’alimentation regulée de l’objet techhnique «table de mixage ».
cette fonction « Alimentation » doit elaborer la tension continue d’alimentation de l’ensemble des
composants actifs de l’objet technique (portes logiques, etc…). Elle doit elaborer entre autre une
tension continue de +5V+-10% pour satisfaire aux exigences des circuits de technologie HCT. Cette
tension doit être elaborée à partir d’une tension de 230Veff+6%-10% delivrée par le réseau E.D.F.
Le courant debité par cette alimentation est inferieur à 1A ( autrement dit, l’alimentation delivrera au
maximum 1A)
SEDF : Signal sinusoïdal de
SEDF
valeur efficace 230V+6% 10% , de fréquence 50Hz ,
délivré par le réseau E.D.F.
VSEDF. √2
t
PROTECTION
FA1
SEDF.Pr
TRANSFORMATION
DE RAPPORT
m = 1/30
FA2
ST
REDRESSEMENT
FA3
SR
SEDF.Pr : Même
caractéristiques que SEDF,
protégé d’éventuelles
surintensités
ST : Signal de même
fréquence et de même forme
que SEDF, dont l’amplitude
est celle de SEDF divisé par
30
VSEDF. √2.m
t
SR : signal redressé double
alternance d’amplitudes 0 et
VSR avec :
8,5 < VSR < 11,5V
VSR
t
FILTRAGE
FA4
SF
SF : Signal continu de 10V +15%
VSF
t
REGULATION
A +5V
FA5
Scc : Signal continu de 5V+-
Vcc
10%
t
SCC
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Alimentation
Description des differentes fonctions et structure utilisée pour réaliser cette fonction :
Fonction FA2 – transformation de rapport m :
La fonction « transformation » est généralement réalisée à l’aide d’un
transformateur de tension.
VSEDF. ? 2.m
t
Fonction et symbole
Un transformateur est un quadripôle permettant de transmettre une puissance électrique sans contact,
en modifiant les amplitudes des courants et tensions mais en conservant la fréquence.
Transformateur réel
Transformateur idéal
Présentation
Le transformateur est constitué au minimum de deux enroulements (ou
bobines) et d’un corps magnétique. Le transformateur peut être de taille et de
forme variée mais le principe de fonctionnement reste le même.
Principe de fonctionnement :
Un transformateur monophasé est constitué au minimum de deux enroulements sans liaison
conductrice entre eux (isolation galvanique) et d’un circuit magnétique. On appelle enroulement
primaire la bobine qui reçoit de l’énergie et enroulement secondaire l’enroulement qui fournit de
l’énergie.
Il existe des transformateurs munis de
plusieurs enroulements
secondaires
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Alimentation
Relations fondamentales
Symbole d’un transformateur parfait:
I1
I2
m
U1
U2
Le
rapport
de
transformation
d’un
transformateur, noté m, correspond au quotient
du nombre de spires du secondaire sur le
nombre de spire du primaire.
apparente fournie à la charge connectée sur le
secondaire est P2=V2eff.I2eff.
mN2U2  I1
N1 U1 I2
ηP2
P1
Le rendement :
Un transformateur réel a un rendement η<1, un
transformateur idéal a un rendement η=1.
La puissance apparente demandée au réseau
d’alimentation est P1=V1eff.I1eff , la puissance
exemple : Pour UA = U1 = 230veff avec une fréquence de 50Hz et un rapport de transformation de 5.102 , donnez la valeur crête de la tension au secondaire.
VSR
Fonction FA 3 : Redressement :
t
La fonction redressement permet de transformer le signal alternatif (donc de valeur moyenne nulle) en
un signal purement positif (ou négatif). Cette fonction est généralement réalisée avec un pont de
diodes.
D1
Rq : Il existe des ponts de diodes
intégrées
D2
UB
D4
VSR
D3
UC
RCH
Le pont de diode est constitué de quatre diodes
Si l’on considère que les diodes sont idéales (Vseuil=0v), :

Si UB > 0v, D2 et D4 sont passante et D1 et D3 sont bloquées donc UC = UB.

Si UB < 0v, D3 et D1 sont passante et D2 et D4 sont bloquées donc UC = - UB.
La tension UC est donc toujours positive.
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Initiation à l’électrotechnique
Fonction FA4 – filtrage :
VSF
t
Cette fonction permet de réduire les ondulations de la tension redressée, cette fonction est réalisée à
l’aide de condensateurs, le plus souvent electrolityques
Borne négative
Borne négative
Fonction FA5 – régulation :
Vcc
t
Fonction et symbole
Pour réaliser cette fonction on utilise un régulateur qui maintient une tension de sortie constante
quelles que soient les fluctuations de la tension d’entrée. Le symbole d’un régulateur est représenté
sur la figure 21 et l’un des boîtiers utiliser pour un régulateur est représenté sur la figure 22. Vous
pouvez voir sur ces deux figures que le régulateur dispose de trois broches : une broche d’entrée, une
broche généralement reliée à la masse et une broche de sortie.
Sachant que la tension d’entrée doit toujours être supérieur à la tension de sortie à réguler
Régulateur
Tension
d’entrée
Tension
de sortie
.
Il existe des régulateurs à tension de sortie positive dont la référence commence par 78 et suivie de la
tension de régulation (ex : 7805 pour une tension de sortie de 5v, 7812 pour 12v, 7815 pour 15v…), il
existe des régulateurs de tension négative dont la référence commence par 79 et des régulateurs dont
on peut ajuster la tension de sortie à l’aide d’un potentiomètre.
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