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​ = 2 ΩIR1​R3​ = 15 Ω+−V1​12 VR2​20 ΩAR4​15 ΩB

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

V1 = 12 VR1 = 2 ΩR2 = 20 ΩR3 = 15 ΩR4 = 15 Ω
IR1 = A
2.Résistances en série et en parallèleDifficile
R1​ = 25 ΩIR1​R3​ = 2 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​20 ΩAR4​20 ΩBR6​20 Ω

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

V1 = 15 VR1 = 25 ΩR2 = 20 ΩR3 = 2 ΩR4 = 20 ΩR5 = 5 ΩR6 = 20 Ω
IR1 = A
3.Méthode des nœudsMoyen
R1​ = 10 ΩR3​ = 8 ΩIR3​+−V1​9 VR2​4 ΩAR4​8 ΩBIs​3 A

Utilisez la méthode des nœuds pour trouver le courant IR3 dans R3 dans le sens de la flèche.

V1 = 9 VIs = 3 AR1 = 10 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 ΩR4 = 8 Ω
IR3 = A
4.Méthode des nœudsDifficile
R1​ = 25 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​5 ΩAR4​3 ΩBIs​?

La source de courant est réglée jusqu’à ce que le potentiel du nœud A vaille VA = 8,5 V. Utilisez la méthode des nœuds pour trouver le courant de la source Is (sens indiqué).

V1 = 18 VR1 = 25 ΩR2 = 5 ΩR3 = 8 ΩR4 = 3 ΩVA = 8,5 V
Is = A
5.Thévenin et NortonMoyen
R1​ = 15 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​12 VR2​8 ΩAab

Trouvez la résistance de Thévenin Rth vue des bornes a–b.

V1 = 12 VR1 = 15 ΩR2 = 8 ΩR3 = 20 Ω
Rth = Ω
6.Thévenin et NortonDifficile
R1​ = 3 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩAIs​2 ABRL​30 ΩIL​

Une charge RL = 30 Ω est branchée entre a et b. Utilisez un équivalent de Thévenin pour trouver la puissance PL fournie à la charge.

V1 = 15 VIs = 2 AR1 = 3 ΩR2 = 8 ΩR3 = 12 ΩRL = 30 Ω
PL = W
7.Transitoires RC et RLMoyen
R = 15 Ωt = 0L33 mHi(t)

La bobine est parcourue par un courant permanent de 1 A. À t = 0, l’interrupteur ferme la boucle à travers R et la source est retirée, donc le courant de la bobine décroît à travers R. Trouvez la tension vR aux bornes de R à t = 5 ms.

i(0) = 1 AR = 15 ΩL = 33 mHt = 5 ms
vR = V
8.Transitoires RC et RLDifficile
+−Vs​20 Vt = 0R = 10 kΩC22 µF+−vC​vC​(0) = 2 V

Juste avant la fermeture de l’interrupteur à t = 0, le condensateur est chargé à 2 V avec la polarité indiquée. Combien de temps faut-il à vC pour atteindre 11 V ? Trouvez t.

Vs = 20 VR = 10 kΩC = 22 µFvC(0) = 2 V
t = ms
9.Impédance et phaseurs en alternatifMoyen
50 V500 HzR = 40 ΩL = 20 mHC = 100 µFI

Un circuit RLC série est alimenté sous 50 V (efficaces), 500 Hz. Trouvez le facteur de puissance cos φ du circuit.

V = 50 V (rms)f = 500 HzR = 40 ΩL = 20 mHC = 100 µF
cos φ =
10.Impédance et phaseurs en alternatifDifficile
24 V60 HzR = 80 ΩL = 200 mHC = 100 µF+−VC​

Un circuit RLC série est alimenté sous 24 V (efficaces), 60 Hz. Trouvez la tension efficace VC aux bornes du condensateur.

V = 24 V (rms)f = 60 HzR = 80 ΩL = 200 mHC = 100 µF
VC = V
11.Puissance alternative et facteur de puissanceMoyen
P = 31 kWQ = ?Sφ

Un moteur monophasé absorbe 31 kW avec un facteur de puissance de 0,7 inductif sous 230 V. Trouvez la puissance réactive Q qu’il absorbe.

P = 31 kWpf = 0,7V = 230 V
Q = kvar
12.Puissance alternative et facteur de puissanceDifficile
240 V60 Hzcharge22 kW, 0,75C100 µFI

Une charge monophasée absorbe 22 kW avec un facteur de puissance de 0,75 inductif sur une alimentation de 240 V, 60 Hz. Un condensateur de 100 µF est branché en parallèle sur la charge. Trouvez le nouveau facteur de puissance cos φ vu par l’alimentation.

P = 22 kWpf1 = 0,75V = 240 Vf = 60 HzC = 100 µF
cos φ =
13.Puissance triphaséeMoyen
ABCVL​ = 415 VNZ = 20 + j15 Ωpar phase

Une charge équilibrée couplée en étoile (Y), d’impédance 20 + j15 Ω par phase, est branchée sur un réseau triphasé équilibré de tension composée 415 V. Trouvez la puissance active totale P absorbée par la charge, en kW.

VL = 415 VZ = 20 + j15 Ω par phase
P = kW
14.Puissance triphaséeDifficile
P = 80 kWφ1​S1​Q2​QC​

Une charge triphasée équilibrée absorbe 80 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 0,98 (inductif). La puissance active reste la même. Les condensateurs sont couplés en triangle (Δ). Trouvez la capacité Cph de chaque condensateur, en µF.

P = 80 kWpf1 = 0,72pf2 = 0,98VL = 415 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.TransformateursMoyen
RL​ = 60 Ω21240 VV2​I1​ = ?I2​

Un transformateur parfait de rapport N₁:N₂ = 2:1 a son enroulement primaire sous 240 V. Une résistance de 60 Ω est branchée aux bornes de l’enroulement secondaire. Trouvez le courant primaire I1.

N1:N2 = 2:1V1 = 240 VRL = 60 Ω
I1 = A
16.TransformateursDifficile
pf 0,85250 kVA, η = 98%

Un transformateur monophasé de 250 kVA a des pertes fer de 2000 W. À charge nominale et avec un facteur de puissance de 0,85 (inductif), son rendement est de 98 %. Trouvez les pertes cuivre à pleine charge Pcu,fl en watts.

S = 250 kVAPcore = 2000 Wpf = 0,85η = 98%
Pcu,fl = W

3Solutions

1.Résistances en série et en parallèle

Réponse: IR1 = 0,8571 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​ = 2 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​12 VR2​20 ΩAR4​15 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 = 15 + 15 = 30 Ω
R2 ∥ 30 = 20·30/(20+30) = 12 Ω
Req = R1 + 12 = 2 + 12 = 14 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 = 12/14 = 0,8571 A

Réponse

IR1 = 0,8571 A
2.Résistances en série et en parallèle

Réponse: IR1 = 0,4557 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​ = 25 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​20 ΩAR4​20 ΩBR6​20 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 = 5 + 20 = 25 Ω
R4 ∥ 25 = 11,11 Ω
R3 + 11,11 = 13,11 Ω
R2 ∥ 13,11 = 7,919 Ω
Req = R1 + 7,919 = 25 + 7,919 = 32,92 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 = 15/32,92 = 0,4557 A

Réponse

IR1 = 0,4557 A
3.Méthode des nœuds

Réponse: IR3 = −1,136 A

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​ = 10 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩAR4​8 ΩBIs​3 A

Poser les nœuds

La masse est le fil du bas. Les potentiels connus viennent directement des sources (V1 = 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/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/4 + (VA − 9)/10 + (VA − VB)/8 = 0
0,475·VA − 0,125·VB = 0,9

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/8 + (VB − VA)/8 = 3
−0,125·VA + 0,25·VB = 3

Résoudre

Δ = (0,475)(0,25) − (−0,125)(−0,125) = 0,1031
VA = Δ1/Δ = 0,6/0,1031 = 5,818 V
VB = Δ2/Δ = 1,537/0,1031 = 14,91 V

Réponse

IR3 = (VA − VB)/R3 = (5,818 − 14,91)/8 = −1,136 A
4.Méthode des nœuds

Réponse: Is = 7,673 A

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

VA est connu, donc cette équation donne VB.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(8,5 − 18)/25 + 8,5/5 = (VB − 8,5)/8
1,32 = (VB − 8,5)/8 → VB = 19,06 V

Loi des nœuds en B

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

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (19,06 − 8,5)/8 + 19,06/3 = 7,673 A

Réponse

Is = 7,673 A
5.Thévenin et Norton

Réponse: Rth = 25,22 Ω

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​ = 15 ΩR3​ = 20 ΩCOURT-CIRCUITR2​8 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 = 15·8/(15+8) = 5,217 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5,217 + 20 = 25,22 Ω
6.Thévenin et Norton

Réponse: PL = 23,7 W

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​ = 3 ΩR3​ = 12 ΩCOURT-CIRCUITR2​8 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 = 3·8/(3+8) = 2,182 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,182 + 12 = 14,18 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩAIs​2 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) = 10,91 + 2·2,182 = 15,27 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 15,27 + 2·12 = 39,27 V
Rth​ = 14,18 Ω+−Vth​39,27 VRL​30 ΩIL​

Brancher la charge sur l’équivalent de Thévenin

La source de Thévenin et R_th en série se comportent exactement comme le circuit d’origine en a–b, donc la charge voit une simple boucle série.

IL = Vth/(Rth + RL) = 39,27/(14,18 + 30) = 0,8889 A
PL = IL²·RL = 0,8889²·30 = 23,7 W
7.Transitoires RC et RL

Réponse: vR = 1,545 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.

Constante de temps

τ = L/R = 33 mH / 15 Ω = 2,2 ms

Décroissance du courant

i(t) = 1·e−5/2,2 = 0,103 A
vR = R·i = 15·0,103 = 1,545 V

Réponse

vR = 1,545 V
8.Transitoires RC et RL

Réponse: t = 152,5 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) = 2 V, vC(∞) = Vs = 20 V
τ = R·C = 10 kΩ · 22 µF = 220 ms
vC(t) = 20 + (2 − 20)·e−t/τ

Isoler le temps

11 = 20 + (−18)·e−t/τ → e−t/τ = (11 − 20)/(2 − 20) = 0,5
t = τ·ln((2 − 20)/(11 − 20)) = 220·ln(2) = 152,5 ms

Réponse

t = 152,5 ms
9.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: cos φ = 0,557

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|.

Réactances

XL = 62,83 Ω, XC = 3,183 Ω

Impédance

|Z| = √(40² + (59,65)²) = 71,82 Ω

Facteur de puissance

cos φ = R/|Z| = 40/71,82 = 0,557
Le circuit est inductif, donc le facteur de puissance est inductif (courant en retard).

Réponse

cos φ = 0,557
10.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: VC = 6,791 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|.

Réactances

ω = 2πf = 2π·60 = 377 rad/s
XL = ωL = 377·0,2 = 75,4 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(377·100·10⁻⁶) = 26,53 Ω

Impédance

En série, les impédances s’additionnent comme des nombres complexes : Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(80² + (48,87)²) = 93,75 Ω

Courant

Le même courant traverse tous les éléments d’un circuit série.

I = V/|Z| = 24/93,75 = 0,256 A

Tension aux bornes du condensateur

VC = I·XC = 0,256·26,53 = 6,791 V

Réponse

VC = 6,791 V
11.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: Q = 31,63 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.

Angle

φ = arccos(0,7) = 45,57°, tan φ = 1,02

Puissance réactive

Q = P·tan φ = 31·1,02 = 31,63 kvar

Réponse

Q = 31,63 kvar
12.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: cos φ = 0,7873

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 = 22·tan(arccos 0,75) = 19,4 kvar
QC = V²·2πf·C = 240²·2π·60·100·10⁻⁶ = 2171 var = 2,171 kvar
Q2 = 19,4 − 2,171 = 17,23 kvar

Nouvelle puissance apparente

S2 = √(22² + 17,23²) = 27,94 kVA

Nouveau facteur de puissance

cos φ = P/S2 = 22/27,94 = 0,7873

Réponse

cos φ = 0,7873
13.Puissance triphasée

Réponse: P = 5,511 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 = 415/√3 = 239,6 V

Courant de phase

|Z| = √(20² + 15²) = 25 Ω
Iph = 239,6/25 = 9,584 A

Puissance active totale

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

P = 3·Iph²·R = 3·9,584²·20 = 5,511 kW

Réponse

P = 5,511 kW

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

14.Puissance triphasée

Réponse: Cph = 375 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 = 80·tan(acos 0,72) = 80·0,9639 = 77,11 kvar
Q2 = 80·tan(acos 0,98) = 80·0,2031 = 16,24 kvar

Puissance réactive fournie par les condensateurs

QC = Q1 − Q2 = 60,86 kvar

Capacité par phase

Dans une batterie en triangle, chaque condensateur est branché entre deux phases.

V = 415 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 20288/(314,2·415²) = 375 µF

Réponse

Cph = 375 µF
15.Transformateurs

Réponse: I1 = 1 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.

Tension et courant secondaires

V2 = 240/2 = 120 V
I2 = 120/60 = 2 A

Courant primaire

Un transformateur parfait n’a pas de pertes : V₁·I₁ = V₂·I₂.

I1 = I2/2 = 1 A

Réponse

I1 = 1 A

Vérification : la charge vue du primaire vaut a²·RL = 240 Ω, et 240/240 donne le même courant.

16.Transformateurs

Réponse: Pcu,fl = 2337 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 = 250·0,85 = 212,5 kW
Pin = 212500/0,98 = 216837 W

Pertes totales et pertes cuivre

Ploss = 216837 − 212500 = 4337 W
Pcu,fl = 4337 − 2000 = 2337 W

Réponse

Pcu,fl = 2337 W

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