TP 15 – Le transformateur monophasé (rappel)

TP N° 15 : Le transformateur
monophasé
DÉROULEMENT DE LA SÉANCE
TITRE
ACTIVITÉS PROF
ACTIVITÉS ÉLÈVES
MOYEN
DURÉE
-
Fin du T.P. { 4 heures}
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Tableau de comité de lecture
Date de lecture
10 mars 2004
Lecteurs
CROCHET David
Observation
Première écriture et réaménagements mineurs
Remarques rédacteur
Date modifications
10 mars 2004
Quote of my life :
Fournir ma contribution aux autres est ma philosophie.
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Ce dossier contient :
Adresse Professionnel :
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Professeur de Génie électrique
Lycée Jean GUEHENNO
• Un dossier élève (pages 4 à -)
Rue pierre Huet
• Un dossier prof (pages - à - )
61105 FLERS
• Un dossier ressource (page - à -)
(Adresse valable jusqu'au 30/06/2004)
• Un transparent (page - )
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TP N° 15
Le transformateur monophasé
Niveau : Tale BEP ELEC
Lieu : Salle de mesure
Durée : 4 heures
Organisation : groupe ½ classe, travail par binôme
LIAISON AU RÉFÉRENTIEL
•
PRÉ-REQUIS
Les élèves doivent être capables :
OBJECTIFS
Les élèves devront être capables de :
NIVEAU D'APPRENTISSAGE
-
Apprendre à (savoir intégré)
Apprendre à (savoir actif)
MÉTHODE
-
Active
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EP3 – MESURES ET ESSAIS
B.E.P. ELEC
MESURES ET ESSAIS
DOSSIER PÉDAGOGIQUE
TP N° 15
Le transformateur
monophas é
Objectif :
-
Matériel :
-
Documents :
- Formulaire
- Cours de techno-schéma
- Cours de mesures et essais
Secteur : Salle de mesure et d'essais
Durée : 4 heures
Nom, Prénom :
Classe, Groupe :
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TP 15 – Le transformateur monophasé (rappel)
1. Partie Théorique : Circuit alimenté par un courant continu
On donne 3 résistances identiques : 230 V, 1 kW
Différents couplages des résistances :
Fig. 2
Fig. 1
U
U
U
Fig. 3
U
Fig. 4
1.1. Calculer la résistance équivalent Req1 pour l'association de la figure 1.
1.2. Calculer la résistance équivalent Req2 pour l'association de la figure 2.
1.3. Calculer la résistance équivalent Req3 pour l'association de la figure 3.
1.4. Calculer la résistance équivalent Req4 pour l'association de la figure 4.
1.5. Pour quelle association des résistances la puissance dissipée est-elle
maximale, calculer la valeur de cette puissance.
1.6. Pour quelle association des résistances la puissance dissipée est-elle minimale,
calculer la valeur de cette puissance.
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2. Partie théorique : Association de résistance
Cas n° 1
Cas n°2
A
A
R
I
I
U
R
U
R
R
R
B
B
R
R = 30 Ω
2.1. Calculer la résistance équivalente dans le cas du couplage n° 1
2.2. Calculer la résistance équivalente dans le cas du couplage n° 1
2.3. Calculer le courant I débité par la source dans chaque cas si la tension
d'alimentation est de 400 V
2.4. Calculer la puissance joule mise en jeu dans chaque cas
3. Partie théorique : Circuit parcouru par un courant alternatif
Une installation d'éclairage comprend :
- 100 tubes fluorescents de 40 W chacun, cos ϕ1 = 0,4 (non compensé)
3.1. Calculer la puissance totale de l'installation
3.2. Calculer l'intensité en ligne
3.3. On veut passer d'un cos ϕ1 de 0,4 à un cos ϕ2 de 0,9. Calculer la valeur de la
puissance réactive du condensateur à installer
3.4. Calculer la valeur du condensateur
3.5. Calculer la nouvelle valeur du courant en ligne
3.6. Indiquer, d'après les résultats des questions 3.2 et 3.5, l'avantage d'avoir un
cos ϕ le plus proche de 1.
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4. Partie pratique : Le transformateur monophasé
On va réétudier le transformateur monophasé, soit le montage suivant :
4.1. Ajouter les appareils nécessaire sur le schéma afin de calculer les valeurs
suivantes :
U1 : Tension primaire
U2 : tension secondaire
I1 : courant primaire
I2 : courant secondaire
P1 : puissance primaire absorbée
P2 : Puissance secondaire fournit
cos ϕ1 : Facteur de puissance
η : rendement du transformateur
4.2. Indiquer les formules utilisées afin de calculer les valeurs que vous ne pouvez
mesurer directement
4.3. Préparer un tableau de mesure afin de relevé vos mesures
4.4. Effectuer votre montage et vos mesures
4.5. Tracer la courbe η= f (P2).
4.6. Indiquer pour quelle valeur de P2 vous avez le rendement maximal
4.7. Pour cette valeur de P2, calculer la puissance apparente primaire du
transformateur et comparer par rapport à l'indication donnée par le
constructeur.
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EP3 – MESURES ET ESSAIS
B.E.P. ELEC
MESURES ET ESSAIS
DOSSIER PÉDAGOGIQUE
TP N° 15
Le transformateur
monophas é
Objectif :
-
Matériel :
-
Documents :
- Formulaire
- Cours de techno-schéma
- Cours de mesures et essais
Secteur : Salle de mesure et d'essais
Durée : 4 heures
Nom, Prénom :
Classe, Groupe :
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TP 15 – Le transformateur monophasé (rappel)
1. Partie Théorique : Circuit alimenté par un courant continu
On donne 3 résistances identiques : 230 V, 1 kW
Différents couplages des résistances :
Fig. 2
Fig. 1
U
U
U
U
Fig. 3
Fig. 4
1.1. Calculer la résistance équivalent Req1 pour l'association de la figure 1.
La résistance R vaut : R =
U2
2302
=
= 52,9
P
1.103
R = 52,9 Ω
Req1 = 3R = 3 × 52,9 = 158,7
Req1 = 158,7 Ω
1.2. Calculer la résistance équivalent Req2 pour l'association de la figure 2.
Req2 =
R
52,9
=
= 17,6
3
3
Req2 = 17,6 Ω
1.3. Calculer la résistance équivalent Req3 pour l'association de la figure 3.
Req3 = R +
R
52,9
= 52,9 +
= 79,4
2
2
Req3 = 79,4 Ω
1.4. Calculer la résistance équivalent Req4 pour l'association de la figure 4.
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Req4 =
2R × R
2 × 52,9 × 52,9
=
= 35,3
2R + R 2 × 52,9 + 52,9
Req4 = 35,3 Ω
1.5. Pour quelle association des résistances la puissance dissipée est-elle
maximale, calculer la valeur de cette puissance.
La puissance est maximale pour l'association de résistance est de valeur la plus faible
U2
230 2
P=
=
= 3,00.103
R
17,6
P = 3 kW
1.6. Pour quelle association des résistances la puissance dissipée est-elle minimale,
calculer la valeur de cette puissance.
La puissance est minimale pour l'association de résistance est de valeur la plus élevée
P=
230 2
U2
=
= 666
R
79,4
P = 666 W
2. Partie théorique : Association de résistance
Cas n° 1
Cas n°2
A
A
R
R
I
I
U
U
R
R
B
B
R
R
R = 30 Ω
2.1. Calculer la résistance équivalente entre les points A et B dans le cas du
couplage n° 1
Req = R + R = 30 + 30 = 60
Req = 60 Ω
2.2. Calculer la résistance équivalente entre les points A et B dans le cas du
couplage n° 2
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2R × R
2 × 30 × 30
=
= 20
2R + R 2 × 30 + 30
Req =
Req = 20 Ω
2.3. Calculer le courant I débité par la source dans chaque cas si la tension
d'alimentation est de 400 V
Dans la charge 1 : I =
U
400
=
= 6,67
R eq
60
I = 6,67 A
Dans la charge 2 : I =
U
400
=
= 20
R eq
20
I = 20 A
2.4. Calculer la puissance joule mise en jeu dans chaque cas
P = UI = 400 × 6,67 = 2,67.103
P = 2,67 kW
P = UI = 400 × 20 = 8.103
P = 8 kW
3. Partie théorique : Circuit parcouru par un courant alternatif
Une installation d'éclairage comprend :
- 100 tubes fluorescents de 40 W chacun, cos ϕ1 = 0,4 (non compensé) alimenté
sous une tension de 230 V
3.1. Calculer la puissance totale de l'installation
P = 100 × 40 = 4.103
P = 4 kW
3.2. Calculer l'intensité en ligne
P = UI cos ϕ Î I =
P
4.103
=
= 43,5
U cos ϕ
230 × 0,4
I = 43,5 A
3.3. On veut passer d'un cos ϕ1 de 0,4 à un cos ϕ2 de 0,9. Calculer la valeur de la
puissance réactive du condensateur à installer
Q = P (tan ϕ1 – tan ϕ2) = 4.103(tan 66,2° - tan 25,8°) = 4.103(2,29 - 0,484) = 7,23.103
Q = 7,23 kvar
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3.4. Calculer la valeur du condensateur si ce dernier est alimenter sous 230 V
Q = U² C ω Î C =
7,23.103
Q
=
= 435.10-6
2
2
U ω 230 × 2 × π × 50
C = 435 µF
3.5. Calculer la nouvelle valeur du courant en ligne
P = UI cos ϕ Î I =
P
4.103
=
= 19,3
U cos ϕ
230 × 0,9
I = 19,3 A
3.6. Indiquer, d'après les résultats des questions 3.2 et 3.5, l'avantage d'avoir un
cos ϕ le plus proche de 1.
Le courant est réduit fortement (on a maintenant 44 % du courant initial) ce qui
permet de réduire la section du câble qui alimente ces luminaires donc un coup
moindre de l'installation
4. Partie pratique : Le transformateur monophasé
On va réétudier le transformateur monophasé, soit le montage suivant :
4.1. Ajouter les appareils nécessaire sur le schéma afin de calculer les valeurs
suivantes :
U1 : Tension primaire
U2 : tension secondaire
I1 : courant primaire
I2 : courant secondaire
P1 : puissance primaire absorbée
P2 : Puissance secondaire fournit
cos ϕ1 : Facteur de puissance
η : rendement du transformateur
4.2. Indiquer les formules utilisées afin de calculer les valeurs que vous ne pouvez
mesurer directement
4.3. Préparer un tableau de mesure afin de relevé vos mesures
4.4. Effectuer votre montage et vos mesures
Page 12 sur 13
4.5. Tracer la courbe η= f (P2).
4.6. Indiquer pour quelle valeur de P2 vous avez le rendement maximal
4.7. Pour cette valeur de P2, calculer la puissance apparente primaire du
transformateur et comparer par rapport à l'indication donnée par le
constructeur.
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