Universit de Boumerdes Dpartement de gnie mcanique Electrotechnique
Université de Boumerdes Département de génie mécanique Electrotechnique fondamentale I L 2 : Electromécanique – Génie industrielle Rahmoune Chemseddine Maitre de conférences A 21/05/2021 Dr. Rahmoune
Objectifs de l’enseignement • Connaitre les principes de base de l’électrotechnique. • Comprendre le principe de fonctionnement des transformateurs et des machines électriques. • Comprendre le électromécanique principe http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ de fonctionnement des système Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Connaissances préalables recommandées • Mathématiques 1 • Mathématiques 2 • Notions d’électricité fondamentale(Physique 1 er ST) http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Organisation du cours • Support de cours et des Travaux Dirigés disponibles en ligne : http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ • Evaluation : ØLa présence aux Travaux Dirigés 3 Pts/20 ØUn Test de 30 min / chapitre 5 Pts/20 ØTravail à faire 5 pts /20 ØMini projet 7 Pts/20 (10 page + présentation) ØL’examen final 20 Pts/20 • Moyen = CC*0, 4 +Exame * 0, 6 http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Electrotechnique I Electromécanique Génie industrielle Chapitre 1 : Circuits Monophasé http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Plan de Cours 1. C'est quoi l'électrotechnique ? 2. Domaine d’utilisation de l'électrotechnique. 3. Rappels sur les Circuits électriques 4. Courant et tension alternatifs. 5. Loi d’Ohm – Notion d’impédance 6. Circuit R-L-C en série 7. Puissances en alternatif 8. Travail à faire http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
C'est quoi l'électrotechnique ? Applications pratiques de l'électricité • La racine du mot « électro » signifie électricité. L’électrotechnique, c’est donc l’étude des techniques de mise en œuvre de l’électricité. On dit aussi que c’est l’étude des courants forts • Pour être encore plus clair, disons qu’en électrotechnique, on n’étudie pas ce qui se rapporte à l’électroménager. Donc pas de télévision, de radio, , , , , . • L’électrotechnique couvre deux grandes familles d’installations : 1. l’habitat -tertiaire qui étudie les installations électriques des logements et des bureaux (installation de prises de courant, éclairage, chauffage électrique, production d’eau chaude) … 2. et l’électricité industrielle qui met en œuvre la partie électrique des chaines de fabrication des entreprises et les automatismes industriels. Les moteurs électriques, mis en œuvre par les électrotechniciens, représentent plus de 90% de l’énergie électrique consommée dans les entreprises. • L’électrotechnique c’est aussi l’étude et la mise en œuvre de réseaux de transmission de données (internet), de la voix (téléphonie), de l’image, aussi bien dans l’habitat (avec ce qu’on appelle les réseaux VDI) que dans l’industrie (gestion des processus de fabrication) http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Applications pratiques de l'électricité Domaine d’utilisation de l'électrotechnique. Machine électrique Transformateur Transport d'électricité http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Appareillage Les éolienne Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Rappels sur les Circuits électriques C’est quoi Un circuit électrique ? Un circuit électrique comporte : Circuit électrique = Générateurs + Dipôles Ø Un ou plusieurs générateurs de tension ou du courant Ø Des dipôles (résistances, bobines, condensateurs) un nœud Dipôle d’impédance Z B A C D un nœud E H H Générateur de tension alternative G F E B-G une branche B-C-F-G-B une maille http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Rappels sur les Circuits électriques Lois fondamentales nœud Convention récepteur Loi des mailles Maille 1: Maille 2: Maille 1 Maille 2 Loi des nœuds Convention générateur http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Courant et tension alternatifs. Alternatif Valeur efficace ? Sinusoïdale On écrira des grandeur sinusoïdale sous la forme Tension ou courant instantané(e) Amplitude max Déphasage 300 200 Y(t) Valeur efficace ? Pulsation w= 2 p f 100 Phase instantanée valeur efficace 0 -100 -200 -300 http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ V Veff Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Courant et tension alternatifs. Représentation vectorielle (vecteur de Fresnel) Par convention on représente les vecteurs de Fresnel à t=0 et avec comme module la valeur efficace http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Courant et tension alternatifs. Représentation complexe Im Re http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Loi d’Ohm – Notion d’impédance Loi d’Ohm pour une résistance La résistance est l’opposition au passage du courant continu par un dipôle électrique V I R La loi d’Ohm donne la relation entre la tension continue au borne d’une résistance et le courant continu qui le traverse http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Loi d’Ohm – Notion d’impédance La loi d’Ohm généralisée Par analogie avec la résistance , Donne la relation entre la tension alternative au borne d’un dipôle et le courant alternatif qui le traverse L’impédance du dipôle V I Z - Bobine Condensateur Moteur Transformateur Circuit Impédance « Z » Par analogie avec la résistance , l’impédance d’un dipôle est le résultat de la division de la tension au borne du dipôle par le courant qui traverse le dipôle http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Loi d’Ohm – Notion d’impédance L’impédance est donc l’équivalent en l’alternatif à la résistance en continu Résistance Réactance Résistance: Impédance • L’impédance est vue comme un nombre complexe ou un vecteur, donc les opérations sur cette dernière se fait dans l’ensemble des nombre complexes • L’argument est le déphasage entre le courant et la tension • L’impédance affect non seulement l’intensité du courant mais aussi elle crée un déphasage entre la tension et le courant Réactance: Module : Argument: http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Loi d’Ohm – Notion d’impédance Impédance d’éléments simples La résistance U I Loi d’Ohm pour une résistance • L’impédance de la résistance est un nombre réel • La résistance diminue l’intensité du courant U • La résistance ne crée Aucun déphasage entre le courant et la tension I O http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ i = u 1 Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Loi d’Ohm – Notion d’impédance Impédance d’éléments simples 300 La bobine U I 200 U 100 0 d’une bobine est un nombre O • L’impédance imaginaire • L’impédance de la bobine influe sur l’intensité du courant -200 • La tension est en avance de phase de 90° par rapport au courant -300 http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ 1 =+ -100 I Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Loi d’Ohm – Notion d’impédance Impédance d’éléments simples Le condensateur U I U π =- 2 • L’impédance d’un condensateur est un nombre imaginaire • L’impédance d’un condensateur l’intensité du courant influe sur • Le courant est en avance de phase de 90° par rapport à la tension http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ I 1 O Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Loi d’Ohm – Notion d’impédance En série http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Associations des impédances En parallèle Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Circuit R-L-C en série L’impédance du circuit Déterminer l’impédance du circuit Module http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Argument Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Circuit R-L-C en série Calculer la tension �� Déphasage entre I et U http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Circuit R-L-C en série Type des circuits Selon les valeurs de X on distingue trois cas : 1 er cas : C’est un circuit inductif où l’effet de la bobine est dominant. Dans ce cas : 1. La tension est en avance par rapport au courant, 2. Le déphasage entre la tension et le courant est positif, 3. Le diagramme de Fresnel est http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Circuit R-L-C en série Type des circuits Selon les valeurs de X on distingue trois cas : 2ème cas : C’est un circuit capacitif où l’effet du condensateur est dominant. Dans ce cas : 1. Le courant est en avance par rapport à la tension, 2. Le déphasage entre la tension et le courant est négatif, 3. Le diagramme de Fresnel est http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Circuit R-L-C en série Type des circuits Selon les valeurs de X on distingue trois cas : 3ème cas : C’est la résonance. Dans ce cas : 1. Le courant et la tension sont en phase, Le déphasage entre la tension et le courant est nul 2. La puissance est max ainsi que le courant 3. Z = R 4. Le diagramme de Fresnel est http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Exemple Impédance équivalente du circuit Circuit Inductif http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Exemple Devoir : http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Puissances en alternatif Puissance apparente [VA] Im Re http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Puissances en alternatif Puissance active -Puissance réactive Puissance active [W] Seule, la partie résistance consomme une puissance active Facteur de puissance Puissance réactive [VAR] La puissance réactive d’une résistance est 0 La puissance active d’une réactance est 0 http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Puissances en alternatif Puissance totale de plusieurs dipôles Puissance active [W] Puissance réactive [VAR] Puissance apparente [VA] http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Puissances en alternatif La problématique de l’énergie réactive • Le transport de la puissance réactive par les lignes électriques cause des pertes, une diminution de la stabilité du réseau et une chute de tension à son extrémité. • la circulation de la puissance réactive sur les réseaux entraîne : 1. du fait d’un courant appelé plus important, 2. un échauffement des câbles d’alimentation, 3. des pertes supplémentaires, 4. des chutes de tension importantes, 5. des surcharges au niveau des transformateurs, 6. et contraint à un surdimensionnement des installations. http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Puissances en alternatif Les principaux consommateurs d’énergie réactive dans l’industrie sont : 1. les moteurs asynchrones ordinaires, 2. les fours à induction et à arc, 3. les machines à souder, 4. les transformateurs, http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Puissances en alternatif Quels sont les modes de compensation ? Compensation globale : La batterie est raccordée en tête d’installation et assure une compensation pour l’ensemble des récepteurs. http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Puissances en alternatif Quels sont les modes de compensation ? Compensation locale : La batterie est raccordée directement aux bornes de chaque récepteur de type inductif (moteur), dans ce cas, le courant réactif n’est plus présent dans les câbles de l’installation. http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Puissances en alternatif Comment l’énergie réactive est elle facturée ? L’énergie réactive facturée est : la valeur absolue de la différence entre l’énergie réactive et 50 % de l’énergie active consommées pendant la même période. http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Puissances en alternatif Le polynôme tarifaire http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Puissances en alternatif Energie réactive consommée Le polynôme tarifaire 25, 84 DA / KVAR h 828 301, 20 DA Energie réactive à facturer http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Exemple Un installation électrique monophasé 100 V / 50 Hz, comporte de charge (voire le circuit)) 1. Calculer la puissance complexe (apparente) totale consommée par l’installation 2. Déduire le facteur de puissance du circuit On souhaite d’améliorer le facteur de puissance à une valeur de 0, 9, pour ce faire on ajoute en parallèle un condensateur, 3. Trouver la valeur de C à ajouter pour améliorer le facteur de puissance http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Exemple 1. Calculer la puissance complexe (apparente) totale consommée par le circuit 2. Déduire le facteur de puissance du circuit http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Exemple On souhaite d’améliorer le facteur de puissance à une valeur de 0, 9, pour ce faire on ajoute en parallèle un condensateur, 3. Trouver la valeur de C à ajouter pour améliorer le facteur de puissance http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Exemple On souhaite d’améliorer le facteur de puissance à une valeur de 0, 9, pour ce faire on ajoute en parallèle un condensateur, 3. Trouver la valeur de C à ajouter pour améliorer le facteur de puissance http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
Travail à faire Une installation électrique monophasée 230 V / 50 Hz comporte : - une 20 ampoules de 75 W chacune ; - 03 radiateurs électriques de 1. 875 k. W chacun; - 02 moteurs électriques dont chacun absorbe une puissance de 1. 5 k. W avec un facteur de puissance de 0. 80. Ces différents appareils fonctionnent simultanément. 1. Quelles sont les puissances active et réactive consommées par l’installation ? 2. Quel est son facteur de puissance ? 3. Quelle est l’intensité efficace du courant dans le câble de ligne ? 4. Quelle est la valeur de la capacité à ajouter en parallèle pour augmenter le facteur de puissance à 0, 9 5. Pour quoi en cherche à augmenter le facteur de puissance ? http: //ch-rahmoune. univ-boumerdes. dz/ Electrotechnique I – Dr Rahmoue Chemseddine
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