Électrotechnique générale : pack de révision

Formulaires, étapes clés de la méthode pour chaque thème et 16 exercices, avec les corrigés complets à la fin.

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1Formules et méthodes

Résistances en série et en parallèle

Résistances en série
Req = R1 + R2 + …
Résistances en parallèle
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Deux en parallèle
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Loi d’Ohm
V = I·R
Puissance
P = V·I = I²R = V²/R

Méthode

  1. Commencez par l’extrémité du réseau la plus éloignée des bornes.
  2. Associez les résistances en série en les additionnant, et les résistances en parallèle avec 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Redessinez le circuit après chaque étape.
  4. Recommencez jusqu’à ce qu’il ne reste qu’une résistance entre les bornes.

Méthode des nœuds

Loi des nœuds de Kirchhoff
ΣIin = ΣIout
Courant de branche
I = (Va − Vb)/R
Nœud de référence
Vground = 0

Méthode

  1. Choisissez un nœud de référence (la masse) et nommez les potentiels des autres nœuds.
  2. Écrivez la loi des nœuds de Kirchhoff à chaque nœud inconnu : les courants qui sortent par chaque branche égalent les courants qui entrent.
  3. Exprimez chaque courant de branche sous la forme (Va − Vb)/R.
  4. Résolvez le système d’équations, puis trouvez les courants demandés.

Thévenin et Norton

Tension de Thévenin
Vth = Vopen circuit
Résistance de Thévenin
Rth : toutes les sources éteintes, vue depuis a–b
Courant de Norton
IN = Vth/Rth
Courant de charge
IL = Vth/(Rth + RL)
Transfert de puissance maximal
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Méthode

  1. Retirez la charge et repérez les deux bornes a et b.
  2. Trouvez la tension à vide entre a et b : c’est Vth.
  3. Éteignez toutes les sources indépendantes et trouvez la résistance vue des bornes a–b : c’est Rth.
  4. Rebranchez la charge sur le circuit équivalent : Vth en série avec Rth.
  5. Pour l’équivalent de Norton, convertissez : IN = Vth/Rth, avec RN = Rth en parallèle.

Transitoires RC et RL

Constante de temps
τ = RC | τ = L/R
Réponse
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Condensateur en continu
circuit ouvert ; vC ne peut pas sauter
Bobine en continu
court-circuit ; iL ne peut pas sauter
Régime établi
t ≈ 5τ

Méthode

  1. Trouvez la valeur initiale juste après la commutation : la tension d’un condensateur et le courant d’une bobine ne peuvent pas varier brusquement.
  2. Trouvez la valeur finale longtemps après la commutation : un condensateur se comporte comme un circuit ouvert, une bobine comme un court-circuit.
  3. Trouvez la constante de temps : τ = RC ou τ = L/R, avec la résistance vue par le condensateur ou la bobine.
  4. Utilisez x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

Impédance et phaseurs en alternatif

Impédances
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
Pulsation
ω = 2πf
Module et argument
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Loi d’Ohm en phaseurs
V = I·Z

Méthode

  1. Convertissez la fréquence : ω = 2πf.
  2. Trouvez chaque réactance : XL = ωL et XC = 1/(ωC).
  3. Additionnez les impédances comme des résistances, avec Z = R + jX.
  4. Trouvez le module |Z| = √(R² + X²) et l’argument φ = atan(X/R), puis appliquez la loi d’Ohm avec les phaseurs.

Puissance alternative et facteur de puissance

Puissance active
P = V·I·cos φ
Puissance réactive
Q = V·I·sin φ
Puissance apparente
S = V·I = √(P² + Q²)
Facteur de puissance
pf = cos φ = P/S
Condensateur de compensation
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

Puissance triphasée

Couplage en étoile (Y)
VL = √3·Vph, IL = Iph
Couplage en triangle (Δ)
VL = Vph, IL = √3·Iph
Puissance active totale
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Puissances apparente et réactive
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Condensateurs de compensation
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Tension aux bornes de chaque condensateur
Δ : VL Y : VL/√3
Puissance absorbée par le moteur
Pin = Pout/η

Transformateurs

Rapport de transformation
a = N1/N2 = V1/V2
Rapport des courants
I1/I2 = N2/N1 = 1/a
Courant nominal
I = S/V
Impédance ramenée
Z1′ = a²·ZL
Pertes cuivre à charge partielle
Pcu = x²·Pcu,fl
Rendement
η = x·S·pf/(x·S·pf + Pcore + x²·Pcu,fl)
Rendement maximal
x = √(Pcore/Pcu,fl)

2Exercices

1.Résistances en série et en parallèleMoyen
R1​ = 8 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAR4​20 ΩB

Trouvez la résistance équivalente Req vue par la source V1.

V1 = 24 VR1 = 8 ΩR2 = 6 ΩR3 = 20 ΩR4 = 20 Ω
Req = Ω
2.Résistances en série et en parallèleDifficile
R1​ = 3 ΩIR1​R3​ = 4 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​10 VR2​20 ΩAR4​30 ΩBR6​2 Ω

Trouvez le courant IR1 fourni par la source, qui traverse R1.

V1 = 10 VR1 = 3 ΩR2 = 20 ΩR3 = 4 ΩR4 = 30 ΩR5 = 25 ΩR6 = 2 Ω
IR1 = A
3.Méthode des nœudsMoyen
R1​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​12 ΩAR4​15 ΩBIs​1 A

Utilisez la méthode des nœuds pour trouver la puissance PIs fournie par la source de courant Is.

V1 = 10 VIs = 1 AR1 = 5 ΩR2 = 12 ΩR3 = 8 ΩR4 = 15 Ω
PIs = W
4.Méthode des nœudsDifficile
R1​ = 2 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​12 ΩAR4​15 ΩB0,05·VA​

Le losange est une source de courant commandée en tension qui injecte un courant de 0,05·VA (en A, avec VA en V) vers le haut dans le nœud B. Utilisez la méthode des nœuds pour trouver le potentiel du nœud VB (par rapport à la masse).

V1 = 6 VR1 = 2 ΩR2 = 12 ΩR3 = 3 ΩR4 = 15 Ωg = 0,05 A/V
VB = V
5.Thévenin et NortonMoyen
R1​ = 12 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​20 ΩAab

Trouvez le courant de Norton IN : le courant qui circule de a vers b si les bornes sont court-circuitées.

V1 = 30 VR1 = 12 ΩR2 = 20 ΩR3 = 8 Ω
IN = A
6.Thévenin et NortonDifficile
R1​ = 5 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​9 VR2​10 ΩAIs​4 ABab

Trouvez le courant de Norton IN : le courant qui circule de a vers b si les bornes sont court-circuitées.

V1 = 9 VIs = 4 AR1 = 5 ΩR2 = 10 ΩR3 = 10 Ω
IN = A
7.Transitoires RC et RLMoyen
+−Vs​9 Vt = 0R1​ = 3,3 kΩR2​ = 10 kΩC220 µF+−vC​

La source Vₛ charge le condensateur à travers R₁, et R₂ est branchée en parallèle avec C. Le condensateur est déchargé quand l’interrupteur se ferme à t = 0. Trouvez la tension du condensateur vC à t = 500 ms.

Vs = 9 VR1 = 3,3 kΩR2 = 10 kΩC = 220 µFt = 500 ms
vC = V
8.Transitoires RC et RLDifficile
+−Vs​10 Vt = 0R = 4,7 kΩC33 µF+−vC​vC​(0) = 8 V

Juste avant la fermeture de l’interrupteur à t = 0, le condensateur est chargé à 8 V avec la polarité indiquée. Combien de temps faut-il à vC pour atteindre 9,6 V ? Trouvez t.

Vs = 10 VR = 4,7 kΩC = 33 µFvC(0) = 8 V
t = ms
9.Impédance et phaseurs en alternatifMoyen
120 V100 HzR = 15 ΩC = 47 µFI

Une résistance et un condensateur sont branchés en parallèle sur une alimentation de 120 V (efficace), 100 Hz. Trouvez le courant efficace I.

V = 120 V (rms)f = 100 HzR = 15 ΩC = 47 µF
I = A
10.Impédance et phaseurs en alternatifDifficile
12 V60 HzR1​ = 20 ΩR2​ = 20 ΩC = 47 µF

Une résistance R1 est branchée en série avec l’association en parallèle de R2 et d’un condensateur C, sur une alimentation de 12 V (efficace), 60 Hz. Trouvez le module de l’impédance |Z|.

V = 12 V (rms)f = 60 HzR1 = 20 ΩR2 = 20 ΩC = 47 µF
|Z| = Ω
11.Puissance alternative et facteur de puissanceMoyen
P = 10 kWQSφ

Un moteur monophasé absorbe 10 kW avec un facteur de puissance de 0,65 inductif sous 240 V. Trouvez le courant de ligne I.

P = 10 kWpf = 0,65V = 240 V
I = A
12.Puissance alternative et facteur de puissanceDifficile
P = 25 kWQ1​S1​φ1​QC​

Une charge monophasée absorbe 25 kW avec un facteur de puissance de 0,65 inductif sous 240 V, 60 Hz. Un condensateur branché en parallèle relève le facteur de puissance à 0,98. Trouvez la puissance réactive QC que le condensateur doit fournir.

P = 25 kWpf1 = 0,65pf2 = 0,98V = 240 Vf = 60 Hz
QC = kvar
13.Puissance triphaséeMoyen
ABCVL​ = 400 VIL​ = 100 Acos φ = 0,92inductif

Une charge triphasée équilibrée absorbe un courant de ligne de 100 A sur un réseau de tension composée 400 V. Le facteur de puissance vaut 0,92 (inductif). Trouvez la puissance active totale P absorbée par la charge, en kW.

VL = 400 VIL = 100 Acos φ = 0,92
P = kW
14.Puissance triphaséeDifficile
P = 75 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Une charge triphasée équilibrée absorbe 75 kW avec un facteur de puissance de 0,72 (inductif) sur un réseau de 415 V (tension composée), 50 Hz. Une batterie de condensateurs triphasée branchée en parallèle avec la charge doit relever le facteur de puissance global à 0,95 (inductif). La puissance active reste la même. Trouvez la puissance réactive totale QC que doit fournir la batterie de condensateurs, en kvar.

P = 75 kWpf1 = 0,72pf2 = 0,95VL = 415 Vf = 50 Hz
QC = kvar
15.TransformateursMoyen
4160 V480 VIHV​ILV​ = ?50 kVA

Un transformateur monophasé de 50 kVA, 4160/480 V fonctionne à sa charge nominale. Considérez-le comme parfait. Trouvez le courant ILV dans l’enroulement basse tension.

S = 50 kVAV1 = 4160 VV2 = 480 V
ILV = A
16.TransformateursDifficile
pf 0,85100 kVA, η = 97%

Un transformateur monophasé de 100 kVA a des pertes fer de 500 W. À charge nominale et avec un facteur de puissance de 0,85 (inductif), son rendement est de 97 %. Trouvez les pertes cuivre à pleine charge Pcu,fl en watts.

S = 100 kVAPcore = 500 Wpf = 0,85η = 97%
Pcu,fl = W

3Solutions

1.Résistances en série et en parallèle

Réponse: Req = 13,22 Ω

Résistances en série et en parallèle : en série, le même courant traverse chaque résistance et R = R₁ + R₂ + …. En parallèle, chaque résistance a la même tension et 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Un réseau en échelle se réduit paire par paire jusqu’à une seule résistance équivalente.

R1​ = 8 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAR4​20 ΩB

Regrouper les résistances depuis l’extrémité

Commencez par l’extrémité la plus éloignée de la source et remontez vers elle. Des résistances parcourues par le même courant sont en série ; des résistances entre les deux mêmes nœuds sont en parallèle.

R3 + R4 = 20 + 20 = 40 Ω
R2 ∥ 40 = 6·40/(6+40) = 5,217 Ω
Req = R1 + 5,217 = 8 + 5,217 = 13,22 Ω

Réponse

Req = 13,22 Ω
2.Résistances en série et en parallèle

Réponse: IR1 = 0,798 A

Résistances en série et en parallèle : en série, le même courant traverse chaque résistance et R = R₁ + R₂ + …. En parallèle, chaque résistance a la même tension et 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Un réseau en échelle se réduit paire par paire jusqu’à une seule résistance équivalente.

R1​ = 3 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​10 VR2​20 ΩAR4​30 ΩBR6​2 Ω

Regrouper les résistances depuis l’extrémité

Commencez par l’extrémité la plus éloignée de la source et remontez vers elle. Des résistances parcourues par le même courant sont en série ; des résistances entre les deux mêmes nœuds sont en parallèle.

R5 + R6 = 25 + 2 = 27 Ω
R4 ∥ 27 = 14,21 Ω
R3 + 14,21 = 18,21 Ω
R2 ∥ 18,21 = 9,532 Ω
Req = R1 + 9,532 = 3 + 9,532 = 12,53 Ω

Courant fourni par la source

La source ne voit que Req, donc la loi d’Ohm donne le courant qu’elle fournit. Ce courant traverse R₁.

IR1 = V1/Req = 10/12,53 = 0,798 A

Réponse

IR1 = 0,798 A
3.Méthode des nœuds

Réponse: PIs = 10,51 W

Méthode des nœuds : choisissez un nœud de référence, nommez les potentiels inconnus, écrivez la loi des nœuds de Kirchhoff à chaque nœud inconnu avec la loi d’Ohm (I = ΔV/R), puis résolvez le système obtenu.

Loi des nœuds au nœud A

Les courants qui quittent A par les résistances égalent le courant injecté dans A par les sources.

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/12 + (VA − 10)/5 + (VA − VB)/8 = 0
0,4083·VA − 0,125·VB = 2

Loi des nœuds au nœud B

Les courants qui quittent B par les résistances égalent le courant injecté dans B par les sources.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/15 + (VB − VA)/8 = 1
−0,125·VA + 0,1917·VB = 1

Résoudre

Δ = (0,4083)(0,1917) − (−0,125)(−0,125) = 0,06264
VA = Δ1/Δ = 0,5083/0,06264 = 8,115 V
VB = Δ2/Δ = 0,6583/0,06264 = 10,51 V

Puissance fournie par la source de courant

La source injecte Iₛ vers le haut dans le nœud B, de la masse (0 V) à VB. Une source dont le courant sort par sa borne + fournit P = V·I.

PIs = VB·Is = 10,51·1 = 10,51 W

Réponse

PIs = 10,51 W
4.Méthode des nœuds

Réponse: VB = 4,814 V

Méthode des nœuds : choisissez un nœud de référence, nommez les potentiels inconnus, écrivez la loi des nœuds de Kirchhoff à chaque nœud inconnu avec la loi d’Ohm (I = ΔV/R), puis résolvez le système obtenu.

Loi des nœuds en A

Les courants sortant de A par les résistances sont égaux au courant injecté dans A par les sources.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0,9167·VA − 0,3333·VB = 3

Loi des nœuds en B

La source commandée injecte g·VA dans le nœud B. Traitez-la comme une source indépendante, puis faites passer le terme en VA dans le membre de gauche.

(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0,05·VA
−0,3833·VA + 0,4·VB = 0

Résoudre

Δ = (0,9167)(0,4) − (−0,3333)(−0,3833) = 0,2389
VA = Δ1/Δ = 1,2/0,2389 = 5,023 V
VB = Δ2/Δ = 1,15/0,2389 = 4,814 V

Réponse

VB = 4,814 V
5.Thévenin et Norton

Réponse: IN = 1,21 A

Théorème de Thévenin : tout réseau linéaire à deux bornes se comporte comme une seule source de tension Vth en série avec une résistance Rth. Le théorème de Norton donne le même réseau sous forme d’une source de courant IN = Vth/Rth en parallèle avec Rth.

R1​ = 12 ΩR3​ = 8 ΩCOURT-CIRCUITR2​20 ΩAabRth​

Trouver Rth avec toutes les sources éteintes

Remplacez les sources de tension par des courts-circuits et les sources de courant par des circuits ouverts, puis regardez le circuit depuis a–b.

R1 ∥ R2 = 12·20/(12+20) = 7,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 7,5 + 8 = 15,5 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​20 ΩAab+−Vth​

Trouver Vth, la tension à vide

Avec a–b ouverts, aucun courant ne traverse R₃, donc aucune chute de tension et V_b = V_A. R₁ et R₂ forment un pont diviseur.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 30·20/(12+20) = 18,75 V
IN​1,21 ARth​15,5 Ωab

Équivalent de Norton

Une source de Norton est le même circuit vu comme une source de courant en parallèle avec R_th. Son courant est le courant de court-circuit en a–b.

IN = Vth/Rth = 18,75/15,5 = 1,21 A
6.Thévenin et Norton

Réponse: IN = −3,55 A

Théorème de Thévenin : tout réseau linéaire à deux bornes se comporte comme une seule source de tension Vth en série avec une résistance Rth. Le théorème de Norton donne le même réseau sous forme d’une source de courant IN = Vth/Rth en parallèle avec Rth.

R1​ = 5 ΩR3​ = 10 ΩCOURT-CIRCUITR2​10 ΩAOUVERTBabRth​

Trouver Rth avec toutes les sources éteintes

Remplacez les sources de tension par des courts-circuits et les sources de courant par des circuits ouverts, puis regardez le circuit depuis a–b.

R1 ∥ R2 = 5·10/(5+10) = 3,333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,333 + 10 = 13,33 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​9 VR2​10 ΩAIs​4 ABab+−Vth​

Trouver Vth, la tension à vide

Avec a–b ouverts, le seul chemin pour Iₛ passe par R₃ vers le nœud A. Trouvez V_A par superposition de V₁ et Iₛ, puis ajoutez la chute de tension dans R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 6 + (−4)·3,333 = −7,333 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −7,333 + (−4)·10 = −47,33 V
IN​3,55 ARth​13,33 Ωab

Équivalent de Norton

Une source de Norton est le même circuit vu comme une source de courant en parallèle avec R_th. Son courant est le courant de court-circuit en a–b.

IN = Vth/Rth = −47,33/13,33 = −3,55 A
7.Transitoires RC et RL

Réponse: vC = 4,059 V

Régimes transitoires du premier ordre : dans un circuit avec un condensateur ou une bobine, chaque tension et chaque courant passe exponentiellement de sa valeur initiale à sa valeur finale : x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, avec τ = RC ou τ = L/R. Après environ 5τ, le circuit est stabilisé.

Équivalent de Thévenin vu par le condensateur

Court-circuitez la source pour trouver Rth ; ouvrez le condensateur pour trouver la tension vers laquelle il tendra.

Rth = R1 ∥ R2 = 3,3·10/(3,3 + 10) = 2,481 kΩ
vC(∞) = 9·10/(3,3 + 10) = 6,767 V

Constante de temps

τ = Rth·C = 2,481·220 = 545,9 ms

Courbe de charge

vC(t) = 6,767·(1 − e−500/545,9) = 4,059 V

Réponse

vC = 4,059 V
8.Transitoires RC et RL

Réponse: t = 249,6 ms

Régimes transitoires du premier ordre : dans un circuit avec un condensateur ou une bobine, chaque tension et chaque courant passe exponentiellement de sa valeur initiale à sa valeur finale : x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, avec τ = RC ou τ = L/R. Après environ 5τ, le circuit est stabilisé.

Valeur initiale, valeur finale, constante de temps

La tension d’un condensateur ne peut pas sauter : elle part de sa valeur stockée et tend vers la tension de la source.

vC(0) = 8 V, vC(∞) = Vs = 10 V
τ = R·C = 4,7 kΩ · 33 µF = 155,1 ms
vC(t) = 10 + (8 − 10)·e−t/τ

Isoler le temps

9,6 = 10 + (−2)·e−t/τ → e−t/τ = (9,6 − 10)/(8 − 10) = 0,2
t = τ·ln((8 − 10)/(9,6 − 10)) = 155,1·ln(5) = 249,6 ms

Réponse

t = 249,6 ms
9.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: I = 8,75 A

Circuits alternatifs et phaseurs : résistances, bobines et condensateurs ont pour impédances R, jωL et 1/(jωC), avec ω = 2πf. En série, les impédances s’additionnent comme des résistances, mais en nombres complexes. Courant et tension efficaces suivent la loi d’Ohm avec |Z|.

Réactance

XC = 1/(ωC) = 1/(2π·100·47·10⁻⁶) = 33,86 Ω

Courants de branche

Les deux branches sont branchées directement sur l’alimentation, donc chacune est soumise à toute la tension V.

IR = V/R = 120/15 = 8 A
IX = V/XC = 120/33,86 = 3,544 A

Courant total

Le courant dans la résistance est en phase avec V et le courant réactif est déphasé de 90°, donc ils se combinent comme les côtés d’un triangle rectangle.

I = √(IR² + IX²) = √(8² + 3,544²) = 8,75 A

Réponse

I = 8,75 A
10.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: |Z| = 38,29 Ω

Circuits alternatifs et phaseurs : résistances, bobines et condensateurs ont pour impédances R, jωL et 1/(jωC), avec ω = 2πf. En série, les impédances s’additionnent comme des résistances, mais en nombres complexes. Courant et tension efficaces suivent la loi d’Ohm avec |Z|.

Réactance

XC = 1/(2π·60·47·10⁻⁶) = 56,44 Ω

Association en parallèle

Multipliez le numérateur et le dénominateur par le conjugué pour séparer Zp en parties réelle et imaginaire.

Zp = R₂·(−jXC)/(R₂ − jXC) = (R₂·XC² − jR₂²·XC)/(R₂² + XC²)
Zp = 17,77 − j6,297 Ω

Impédance totale

Z = 20 + 17,77 − j6,297 = 37,77 − j6,297 Ω
|Z| = √(37,77² + 6,297²) = 38,29 Ω

Réponse

|Z| = 38,29 Ω
11.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: I = 64,1 A

Puissance en alternatif : la puissance apparente S = V·I (VA) se partage entre la puissance active P = S·cos φ (W), qui fournit un travail utile, et la puissance réactive Q = S·sin φ (var), qui fait des allers-retours entre source et charge. Le facteur de puissance est cos φ. Un condensateur en parallèle fournit la puissance réactive sur place, donc le courant de ligne baisse pour la même puissance active.

Courant de ligne

Seule la partie active de la puissance fournit un travail, donc divisez par le facteur de puissance.

I = P/(V·cos φ) = 10000/(240·0,65) = 64,1 A

Réponse

I = 64,1 A
12.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: QC = 24,15 kvar

Puissance en alternatif : la puissance apparente S = V·I (VA) se partage entre la puissance active P = S·cos φ (W), qui fournit un travail utile, et la puissance réactive Q = S·sin φ (var), qui fait des allers-retours entre source et charge. Le facteur de puissance est cos φ. Un condensateur en parallèle fournit la puissance réactive sur place, donc le courant de ligne baisse pour la même puissance active.

Puissance réactive avant et après

La puissance active P ne change pas ; seule la puissance réactive prélevée sur le réseau change.

Q1 = P·tan φ1 = 25·tan(49,46°) = 29,23 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 25·tan(11,48°) = 5,076 kvar
QC = Q1 − Q2 = 24,15 kvar

Réponse

QC = 24,15 kvar
13.Puissance triphasée

Réponse: P = 63,74 kW

Systèmes triphasés équilibrés : en couplage étoile (Y), la tension composée vaut √3 fois la tension simple, VL = √3·Vph, et le courant de ligne est égal au courant de phase. En couplage triangle (Δ), la tension composée est égale à la tension de phase et le courant de ligne vaut √3 fois le courant de phase, IL = √3·Iph. La puissance totale vaut trois fois la puissance d’une phase : P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.

Puissance apparente

S = √3·VL·IL = √3·400·100 = 69,28 kVA

Puissance active

P = S·cos φ = 69,28·0,92 = 63,74 kW

Réponse

P = 63,74 kW
14.Puissance triphasée

Réponse: QC = 47,64 kvar

Systèmes triphasés équilibrés : en couplage étoile (Y), la tension composée vaut √3 fois la tension simple, VL = √3·Vph, et le courant de ligne est égal au courant de phase. En couplage triangle (Δ), la tension composée est égale à la tension de phase et le courant de ligne vaut √3 fois le courant de phase, IL = √3·Iph. La puissance totale vaut trois fois la puissance d’une phase : P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Compensation du facteur de puissance : les condensateurs fournissent localement de la puissance réactive, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Chacun des trois condensateurs fournit QC/3 = V²·ω·C, où V est la tension aux bornes de ce condensateur : VL dans une batterie en triangle, VL/√3 dans une batterie en étoile.

Puissance réactive avant et après

La puissance active ne change pas ; chaque facteur de puissance fixe donc la puissance réactive : Q = P·tan φ.

Q1 = 75·tan(acos 0,72) = 75·0,9639 = 72,29 kvar
Q2 = 75·tan(acos 0,95) = 75·0,3287 = 24,65 kvar

Puissance réactive fournie par les condensateurs

QC = Q1 − Q2 = 47,64 kvar

Réponse

QC = 47,64 kvar
15.Transformateurs

Réponse: ILV = 104,2 A

Transformateur parfait : les tensions sont dans le rapport des nombres de spires et les courants dans le rapport inverse : V₁/V₂ = N₁/N₂ = a et I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a ; la puissance absorbée est donc égale à la puissance fournie, V₁·I₁ = V₂·I₂. Une impédance de charge Z au secondaire est vue comme a²·Z depuis le primaire.

Courant nominal

Les deux enroulements transmettent la même puissance apparente.

ILV = S/V = 50000/480 = 104,2 A

Réponse

ILV = 104,2 A
16.Transformateurs

Réponse: Pcu,fl = 2129 W

Pertes d’un transformateur : les pertes fer (hystérésis et courants de Foucault) dépendent de la tension et sont les mêmes quelle que soit la charge. Les pertes cuivre dans les enroulements varient comme le carré du courant : à une fraction x de la charge nominale, elles valent x²·Pcu,fl. Rendement η = Pout/(Pout + Pcore + Pcu), avec Pout = x·S·pf. Le rendement est maximal pour la charge à laquelle les pertes cuivre égalent les pertes fer.

Puissances utile et absorbée

Pout = 100·0,85 = 85 kW
Pin = 85000/0,97 = 87629 W

Pertes totales et pertes cuivre

Ploss = 87629 − 85000 = 2629 W
Pcu,fl = 2629 − 500 = 2129 W

Réponse

Pcu,fl = 2129 W

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