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​ = 15 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​10 VR2​10 ΩAR4​2 ΩB

Trouvez la résistance équivalente Req vue par la source V1.

V1 = 10 VR1 = 15 ΩR2 = 10 ΩR3 = 2 ΩR4 = 2 Ω
Req = Ω
2.Résistances en série et en parallèleDifficile
R1​ = 15 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 15 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩIR2​AR4​8 ΩBR6​4 Ω

Trouvez le courant IR2 dans R2.

V1 = 15 VR1 = 15 ΩR2 = 8 ΩR3 = 3 ΩR4 = 8 ΩR5 = 15 ΩR6 = 4 Ω
IR2 = A
3.Méthode des nœudsMoyen
R1​ = 2 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​24 VR2​15 ΩAR4​15 ΩBIs​5 A

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

V1 = 24 VIs = 5 AR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 3 ΩR4 = 15 Ω
PIs = W
4.Méthode des nœudsDifficile
R1​ = 3 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 10 Ω+−V1​5 VR3​3 ΩAR5​10 ΩBIs​4 A+−V2​9 V

Utilisez la méthode des nœuds pour trouver le potentiel du nœud VA (par rapport à la masse).

V1 = 5 VIs = 4 AV2 = 9 VR1 = 3 ΩR2 = 4 ΩR3 = 3 ΩR4 = 10 ΩR5 = 10 Ω
VA = V
5.Thévenin et NortonMoyen
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAab

Trouvez la tension de Thévenin Vth vue des bornes a–b.

V1 = 9 VR1 = 6 ΩR2 = 15 ΩR3 = 4 Ω
Vth = V
6.Thévenin et NortonDifficile
R1​ = 25 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAIs​1 ABab

Trouvez la tension de Thévenin Vth vue des bornes a–b.

V1 = 12 VIs = 1 AR1 = 25 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 Ω
Vth = V
7.Transitoires RC et RLMoyen
+−Vs​24 Vt = 0R1​ = 4,7 kΩR2​ = 10 kΩC47 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 = 80 ms.

Vs = 24 VR1 = 4,7 kΩR2 = 10 kΩC = 47 µFt = 80 ms
vC = V
8.Transitoires RC et RLDifficile
+−Vs​15 Vt = 0R = ?C100 µF+−vC​

Un temporisateur commence à t = 0 à charger un condensateur déchargé à travers une résistance à partir d’une alimentation de 15 V. Il doit se déclencher quand la tension du condensateur atteint 12 V, exactement 20 ms après le départ. Avec C = 100 µF, trouvez la résistance R nécessaire.

Vs = 15 VVth = 12 VT = 20 msC = 100 µF
R = kΩ
9.Impédance et phaseurs en alternatifMoyen
Vf0​ = 100 HzRL = ?C = 4,7 µF

Un circuit RLC série avec C = 4,7 µF doit résonner à 100 Hz. Trouvez l’inductance L nécessaire.

f0 = 100 HzC = 4,7 µF
L = mH
10.Impédance et phaseurs en alternatifDifficile
24 Vf0​R = 15 ΩL = 20 mHC = 0,47 µF

Un circuit RLC série est alimenté par une source de 24 V (efficace) dont la fréquence est réglée sur la fréquence de résonance du circuit. Trouvez la tension efficace VL aux bornes de la bobine.

V = 24 V (rms)R = 15 ΩL = 20 mHC = 0,47 µF
VL = V
11.Puissance alternative et facteur de puissanceMoyen
400 V110 kW, 0,7223 kW, 1I

Deux charges sont branchées en parallèle sur une alimentation monophasée de 400 V : une charge de 10 kW avec un facteur de puissance de 0,7 inductif et un radiateur de 23 kW (facteur de puissance unitaire). Trouvez le facteur de puissance global cos φ vu par l’alimentation.

V = 400 VP1 = 10 kW, pf1 = 0,7 inductifP2 = 23 kW, pf2 = 1
cos φ =
12.Puissance alternative et facteur de puissanceDifficile
240 V60 Hzcharge19 kW, 0,7C150 µFI = ?

Une charge monophasée absorbe 19 kW avec un facteur de puissance de 0,7 inductif sur une alimentation de 240 V, 60 Hz. Un condensateur de 150 µF est branché en parallèle sur la charge. Trouvez le nouveau courant de ligne I.

P = 19 kWpf1 = 0,7V = 240 Vf = 60 HzC = 150 µF
I = A
13.Puissance triphaséeMoyen
ABCVL​ = 208 VZ = 24 + j18 Ωpar phase

Une charge équilibrée couplée en triangle (Δ), d’impédance 24 + j18 Ω par phase, est branchée sur un réseau triphasé équilibré de tension composée 208 V. Trouvez la puissance active totale P absorbée par la charge, en kW.

VL = 208 VZ = 24 + j18 Ω par phase
P = kW
14.Puissance triphaséeDifficile
P = 75 kWφ1​S1​Q2​QC​

Une charge triphasée équilibrée absorbe 75 kW avec un facteur de puissance de 0,65 (inductif) sur un réseau de 690 V (tension composée), 50 Hz. Une batterie de condensateurs triphasée branchée en parallèle avec la charge doit relever le facteur de puissance global à 0,92 (inductif). La puissance active reste la même. Les condensateurs sont couplés en étoile (Y). Trouvez la capacité Cph de chaque condensateur, en µF.

P = 75 kWpf1 = 0,65pf2 = 0,92VL = 690 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.TransformateursMoyen
4160 V480 VIHV​ILV​ = ?15 kVA

Un transformateur monophasé de 15 kVA, 4160/480 V fonctionne à sa charge nominale. Considérez-le comme parfait. Trouvez le courant ILV dans l’enroulement basse tension.

S = 15 kVAV1 = 4160 VV2 = 480 V
ILV = A
16.TransformateursDifficile
25 kVA

Un transformateur monophasé de 25 kVA a des pertes fer de 200 W et des pertes cuivre de 800 W à charge nominale. À quelle charge Sη,max, en kVA, son rendement est-il maximal ?

S = 25 kVAPcore = 200 WPcu,fl = 800 W
Sη,max = kVA

3Solutions

1.Résistances en série et en parallèle

Réponse: Req = 17,86 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​ = 15 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​10 VR2​10 ΩAR4​2 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 = 2 + 2 = 4 Ω
R2 ∥ 4 = 10·4/(10+4) = 2,857 Ω
Req = R1 + 2,857 = 15 + 2,857 = 17,86 Ω

Réponse

Req = 17,86 Ω
2.Résistances en série et en parallèle

Réponse: IR2 = 0,4064 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​ = 15 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 15 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩAR4​8 ΩBR6​4 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 = 15 + 4 = 19 Ω
R4 ∥ 19 = 5,63 Ω
R3 + 5,63 = 8,63 Ω
R2 ∥ 8,63 = 4,151 Ω
Req = R1 + 4,151 = 15 + 4,151 = 19,15 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 = 15/19,15 = 0,7832 A

Courant dans R₂

Retranchez la chute de tension dans R₁ pour obtenir la tension au nœud A, qui est la tension aux bornes de R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 15 − 0,7832·15 = 3,252 V
IR2 = VA/R2 = 3,252/8 = 0,4064 A

Réponse

IR2 = 0,4064 A
3.Méthode des nœuds

Réponse: PIs = 170,8 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/15 + (VA − 24)/2 + (VA − VB)/3 = 0
0,9·VA − 0,3333·VB = 12

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)/3 = 5
−0,3333·VA + 0,4·VB = 5

Résoudre

Δ = (0,9)(0,4) − (−0,3333)(−0,3333) = 0,2489
VA = Δ1/Δ = 6,467/0,2489 = 25,98 V
VB = Δ2/Δ = 8,5/0,2489 = 34,15 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 = 34,15·5 = 170,8 W

Réponse

PIs = 170,8 W
4.Méthode des nœuds

Réponse: VA = 5,643 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.

R1​ = 3 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 10 Ω+−V1​5 VR3​3 ΩAR5​10 ΩBIs​4 A+−V2​9 V

Poser les nœuds

La masse est le fil du bas. Les potentiels connus viennent directement des sources (V1 = 5 V, V2 = 9 V). Inconnues : VA, VB.

Loi des nœuds au nœud A

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

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/3 + (VA − 5)/3 + (VA − VB)/4 = 0
0,9167·VA − 0,25·VB = 1,667

Loi des nœuds au nœud B

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

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/10 + (VB − VA)/4 + (VB − 9)/10 = 4
−0,25·VA + 0,45·VB = 4,9

Résoudre

Δ = (0,9167)(0,45) − (−0,25)(−0,25) = 0,35
VA = Δ1/Δ = 1,975/0,35 = 5,643 V
VB = Δ2/Δ = 4,908/0,35 = 14,02 V

Réponse

VA = 5,643 V
5.Thévenin et Norton

Réponse: Vth = 6,429 V

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​ = 6 ΩR3​ = 4 ΩCOURT-CIRCUITR2​15 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 = 6·15/(6+15) = 4,286 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,286 + 4 = 8,286 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​15 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) = 9·15/(6+15) = 6,429 V
6.Thévenin et Norton

Réponse: Vth = 13,1 V

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​ = 25 ΩR3​ = 8 ΩCOURT-CIRCUITR2​4 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 = 25·4/(25+4) = 3,448 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,448 + 8 = 11,45 Ω
R1​ = 25 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAIs​1 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) = 1,655 + 1·3,448 = 5,103 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 5,103 + 1·8 = 13,1 V
7.Transitoires RC et RL

Réponse: vC = 6,739 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 = 4,7·10/(4,7 + 10) = 3,197 kΩ
vC(∞) = 24·10/(4,7 + 10) = 16,33 V

Constante de temps

τ = Rth·C = 3,197·47 = 150,3 ms

Courbe de charge

vC(t) = 16,33·(1 − e−80/150,3) = 6,739 V

Réponse

vC = 6,739 V
8.Transitoires RC et RL

Réponse: R = 0,1243 kΩ

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.

Constante de temps requise

12 = 15·(1 − e−20/τ) → τ = 20/ln(15/(15 − 12))
τ = 20/1,609 = 12,43 ms

Résistance

Des kΩ multipliés par des µF donnent des millisecondes.

R = τ/C = 12,43/100 = 0,1243 kΩ

Réponse

R = 0,1243 kΩ
9.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: L = 538,9 mH

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|.

Condition de résonance

À la résonance, les réactances inductive et capacitive s’annulent : ωL = 1/(ωC).

ω₀ = 2π·100 = 628,3 rad/s
L = 1/(ω₀²·C) = 1/(628,3²·4,7·10⁻⁶) = 538,9 mH

Réponse

L = 538,9 mH
10.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: VL = 330,1 V

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|.

Résonance

À la résonance, les réactances s’annulent, donc l’impédance se réduit à R.

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0,02·0,47·10⁻⁶) = 10314 rad/s
I = V/R = 24/15 = 1,6 A

Tension aux bornes de la bobine

XL = ω₀L = 10314·0,02 = 206,3 Ω
VL = I·XL = 1,6·206,3 = 330,1 V

Réponse

VL = 330,1 V

Cela fait Q = 13,75 fois la tension d’alimentation.

11.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: cos φ = 0,9554

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 de chaque charge

Une charge inductive absorbe de la puissance réactive (Q > 0) ; une charge capacitive en fournit (Q < 0).

Q1 = 10·tan(arccos 0,7) = 10,2 kvar
Q2 = 0 = 0 kvar

Totaux

P = 10 + 23 = 33 kW
Q = 10,2 + 0 = 10,2 kvar
S = √(33² + 10,2²) = 34,54 kVA

Facteur de puissance global

cos φ = P/S = 33/34,54 = 0,9554 inductif

Réponse

cos φ = 0,9554
12.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: I = 103,8 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.

Puissance réactive avant et après

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

Q1 = 19·tan(arccos 0,7) = 19,38 kvar
QC = V²·2πf·C = 240²·2π·60·150·10⁻⁶ = 3257 var = 3,257 kvar
Q2 = 19,38 − 3,257 = 16,13 kvar

Nouvelle puissance apparente

S2 = √(19² + 16,13²) = 24,92 kVA

Nouveau courant de ligne

I = S2/V = 24921/240 = 103,8 A

Réponse

I = 103,8 A
13.Puissance triphasée

Réponse: P = 3,461 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.

Tension simple

Vph = VL = 208 V

Courant de phase

|Z| = √(24² + 18²) = 30 Ω
Iph = 208/30 = 6,933 A

Puissance active totale

Seule la partie résistive de chaque impédance absorbe de la puissance active.

P = 3·Iph²·R = 3·6,933²·24 = 3,461 kW

Réponse

P = 3,461 kW

Vérification : cos φ = R/|Z| = 0,8, et √3·VL·IL·cos φ donne la même puissance.

14.Puissance triphasée

Réponse: Cph = 372,6 µF

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 0,65) = 75·1,169 = 87,68 kvar
Q2 = 75·tan(acos 0,92) = 75·0,426 = 31,95 kvar

Puissance réactive fournie par les condensateurs

QC = Q1 − Q2 = 55,73 kvar

Capacité par phase

Dans une batterie en étoile, chaque condensateur est branché entre une phase et le point neutre.

V = 690/√3 = 398,4 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 18578/(314,2·398,4²) = 372,6 µF

Réponse

Cph = 372,6 µF
15.Transformateurs

Réponse: ILV = 31,25 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 = 15000/480 = 31,25 A

Réponse

ILV = 31,25 A
16.Transformateurs

Réponse: Sη,max = 12,5 kVA

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.

Pertes cuivre égales aux pertes fer

x²·800 = 200 → x = √(200/800) = 0,5

Charge au rendement maximal

Sη,max = x·S = 0,5·25 = 12,5 kVA

Réponse

Sη,max = 12,5 kVA

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