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​ = 8 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩIR2​AR4​2 ΩB

Trouvez le courant IR2 dans R2.

V1 = 24 VR1 = 15 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 ΩR4 = 2 Ω
IR2 = A
2.Résistances en série et en parallèleDifficile
R1​ = 2 ΩIR1​R3​ = 25 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​5 VR2​6 ΩAR4​3 ΩBR6​12 Ω

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

V1 = 5 VR1 = 2 ΩR2 = 6 ΩR3 = 25 ΩR4 = 3 ΩR5 = 20 ΩR6 = 12 Ω
IR1 = A
3.Méthode des nœudsMoyen
R1​ = 6 ΩR3​ = 12 ΩIR3​+−V1​30 VR2​20 ΩAR4​15 ΩBIs​4 A

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

V1 = 30 VIs = 4 AR1 = 6 ΩR2 = 20 ΩR3 = 12 ΩR4 = 15 Ω
IR3 = A
4.Méthode des nœudsDifficile
R1​ = 6 ΩR2​ = 3 ΩIR2​R4​ = 30 Ω+−V1​12 VR3​30 ΩAR5​12 ΩBIs​3 A+−V2​15 V

Utilisez la méthode des nœuds pour trouver le courant IR2 dans R2 dans le sens de la flèche.

V1 = 12 VIs = 3 AV2 = 15 VR1 = 6 ΩR2 = 3 ΩR3 = 30 ΩR4 = 30 ΩR5 = 12 Ω
IR2 = A
5.Thévenin et NortonMoyen
R1​ = 12 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​20 ΩAab

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

V1 = 9 VR1 = 12 ΩR2 = 20 ΩR3 = 3 Ω
Rth = Ω
6.Thévenin et NortonDifficile
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​20 ΩAIs​2 ABRL​20 ΩIL​

Une charge RL = 20 Ω est branchée entre a et b. Utilisez un équivalent de Thévenin pour trouver la puissance PL fournie à la charge.

V1 = 9 VIs = 2 AR1 = 5 ΩR2 = 20 ΩR3 = 6 ΩRL = 20 Ω
PL = W
7.Transitoires RC et RLMoyen
+−Vs​6 Vt = 0R = 100 ΩL22 mHi(t)

La bobine n’est parcourue par aucun courant avant la fermeture de l’interrupteur à t = 0. Combien de temps après la fermeture de l’interrupteur le courant atteint-il 50 % de sa valeur finale ? Trouvez t.

Vs = 6 VR = 100 ΩL = 22 mH
t = ms
8.Transitoires RC et RLDifficile
+−Vs​12 Vt = 0R = 2,2 kΩC?+−vC​

Un temporisateur commence à t = 0 à charger un condensateur déchargé à travers une résistance à partir d’une alimentation de 12 V. Il doit se déclencher quand la tension du condensateur atteint 7,58 V, exactement 500 ms après le départ. Avec R = 2,2 kΩ, trouvez la capacité C nécessaire.

Vs = 12 VVth = 7,58 VT = 500 msR = 2,2 kΩ
C = µF
9.Impédance et phaseurs en alternatifMoyen
100 V50 HzR = 30 ΩL = 50 mHC = 100 µFI

Un circuit RLC série est alimenté sous 100 V (efficaces), 50 Hz. Trouvez le facteur de puissance cos φ du circuit.

V = 100 V (rms)f = 50 HzR = 30 ΩL = 50 mHC = 100 µF
cos φ =
10.Impédance et phaseurs en alternatifDifficile
VfR = 100 ΩL = 100 mHC = 0,1 µF

Un circuit RLC série a R = 100 Ω, L = 100 mH et C = 0,1 µF. Trouvez sa bande passante B (la largeur de la bande comprise entre les fréquences de demi-puissance), en Hz.

R = 100 ΩL = 100 mHC = 0,1 µF
B = Hz
11.Puissance alternative et facteur de puissanceMoyen
P = 9 kWQ = ?Sφ

Un moteur monophasé absorbe 9 kW avec un facteur de puissance de 0,85 inductif sous 230 V. Trouvez la puissance réactive Q qu’il absorbe.

P = 9 kWpf = 0,85V = 230 V
Q = kvar
12.Puissance alternative et facteur de puissanceDifficile
P = 45 kWQ1​S1​φ1​QC​

Une charge monophasée absorbe 45 kW avec un facteur de puissance de 0,8 inductif sous 400 V, 50 Hz. Un condensateur branché en parallèle relève le facteur de puissance à 0,95. Trouvez la capacité C nécessaire.

P = 45 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,95V = 400 Vf = 50 Hz
C = µF
13.Puissance triphaséeMoyen
ABCVL​ = 400 VZ = 3 + j4 Ωpar phase

Une charge équilibrée couplée en triangle (Δ), d’impédance 3 + j4 Ω par phase, est branchée sur un réseau triphasé équilibré de tension composée 400 V. Trouvez la puissance active totale P absorbée par la charge, en kW.

VL = 400 VZ = 3 + j4 Ω par phase
P = kW
14.Puissance triphaséeDifficile
P = 150 kWφ1​S1​Q2​QC​

Une charge triphasée équilibrée absorbe 150 kW avec un facteur de puissance de 0,78 (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 0,9 (inductif). La puissance active reste la même. Les condensateurs sont couplés en étoile (Y). Trouvez la capacité Cph de chaque condensateur, en µF.

P = 150 kWpf1 = 0,78pf2 = 0,9VL = 690 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.TransformateursMoyen
2 ΩN1​N2​200 Ω

Un amplificateur de résistance de sortie 200 Ω alimente un haut-parleur de 2 Ω à travers un transformateur parfait. Pour un transfert de puissance maximal, le haut-parleur doit être vu comme 200 Ω depuis l’amplificateur. Trouvez le rapport de transformation a = N₁/N₂.

Rs = 200 ΩRL = 2 Ω
a =
16.TransformateursDifficile
pf 0,850 kVA, η = 99%

Un transformateur monophasé de 50 kVA a des pertes fer de 250 W. À charge nominale et avec un facteur de puissance de 0,8 (inductif), son rendement est de 99 %. Trouvez les pertes cuivre à pleine charge Pcu,fl en watts.

S = 50 kVAPcore = 250 Wpf = 0,8η = 99%
Pcu,fl = W

3Solutions

1.Résistances en série et en parallèle

Réponse: IR2 = 0,96 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​ = 8 Ω+−V1​24 VR2​4 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 = 8 + 2 = 10 Ω
R2 ∥ 10 = 4·10/(4+10) = 2,857 Ω
Req = R1 + 2,857 = 15 + 2,857 = 17,86 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 = 24/17,86 = 1,344 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 = 24 − 1,344·15 = 3,84 V
IR2 = VA/R2 = 3,84/4 = 0,96 A

Réponse

IR2 = 0,96 A
2.Résistances en série et en parallèle

Réponse: IR1 = 0,7212 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​ = 25 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​5 VR2​6 ΩAR4​3 ΩBR6​12 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 = 20 + 12 = 32 Ω
R4 ∥ 32 = 2,743 Ω
R3 + 2,743 = 27,74 Ω
R2 ∥ 27,74 = 4,933 Ω
Req = R1 + 4,933 = 2 + 4,933 = 6,933 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 = 5/6,933 = 0,7212 A

Réponse

IR1 = 0,7212 A
3.Méthode des nœuds

Réponse: IR3 = −1,168 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​ = 6 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​30 VR2​20 ΩAR4​15 ΩBIs​4 A

Poser les nœuds

La masse est le fil du bas. Les potentiels connus viennent directement des sources (V1 = 30 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/20 + (VA − 30)/6 + (VA − VB)/12 = 0
0,3·VA − 0,08333·VB = 5

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)/12 = 4
−0,08333·VA + 0,15·VB = 4

Résoudre

Δ = (0,3)(0,15) − (−0,08333)(−0,08333) = 0,03806
VA = Δ1/Δ = 1,083/0,03806 = 28,47 V
VB = Δ2/Δ = 1,617/0,03806 = 42,48 V

Réponse

IR3 = (VA − VB)/R3 = (28,47 − 42,48)/12 = −1,168 A
4.Méthode des nœuds

Réponse: IR2 = −1,207 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​ = 6 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​12 VR3​30 ΩAR5​12 ΩBIs​3 A+−V2​15 V

Poser les nœuds

La masse est le fil du bas. Les potentiels connus viennent directement des sources (V1 = 12 V, V2 = 15 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/30 + (VA − 12)/6 + (VA − VB)/3 = 0
0,5333·VA − 0,3333·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/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/12 + (VB − VA)/3 + (VB − 15)/30 = 3
−0,3333·VA + 0,45·VB = 3,5

Résoudre

Δ = (0,5333)(0,45) − (−0,3333)(−0,3333) = 0,1289
VA = Δ1/Δ = 2,067/0,1289 = 16,03 V
VB = Δ2/Δ = 2,533/0,1289 = 19,66 V

Réponse

IR2 = (VA − VB)/R2 = (16,03 − 19,66)/3 = −1,207 A
5.Thévenin et Norton

Réponse: Rth = 10,5 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​ = 12 ΩR3​ = 3 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 + 3 = 10,5 Ω
6.Thévenin et Norton

Réponse: PL = 3,641 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​ = 5 ΩR3​ = 6 ΩCOURT-CIRCUITR2​20 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 = 5·20/(5+20) = 4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4 + 6 = 10 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​20 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) = 7,2 + (−2)·4 = −0,8 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −0,8 + (−2)·6 = −12,8 V
Rth​ = 10 Ω−+Vth​12,8 VRL​20 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) = −12,8/(10 + 20) = −0,4267 A
PL = IL²·RL = −0,4267²·20 = 3,641 W
7.Transitoires RC et RL

Réponse: t = 0,1525 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.

Constante de temps et courant final

Longtemps après la fermeture, la bobine se comporte comme un court-circuit, donc le courant final est fixé par R seule.

τ = L/R = 22 mH / 100 Ω = 0,22 ms
i(∞) = Vs/R = 6/100 = 0,06 A

Isoler le temps

0,5 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,5)
t = −0,22·ln(0,5) = 0,1525 ms

Réponse

t = 0,1525 ms
8.Transitoires RC et RL

Réponse: C = 227,6 µF

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

7,58 = 12·(1 − e−500/τ) → τ = 500/ln(12/(12 − 7,58))
τ = 500/0,9988 = 500,6 ms

Capacité

Des kΩ multipliés par des µF donnent des millisecondes.

C = τ/R = 500,6/2,2 = 227,6 µF

Réponse

C = 227,6 µF
9.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: cos φ = 0,8808

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 = 15,71 Ω, XC = 31,83 Ω

Impédance

|Z| = √(30² + (−16,12)²) = 34,06 Ω

Facteur de puissance

cos φ = R/|Z| = 30/34,06 = 0,8808
Le circuit est capacitif, donc le facteur de puissance est capacitif (courant en avance).

Réponse

cos φ = 0,8808
10.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: B = 159,2 Hz

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|.

Fréquence de résonance

f0 = 1/(2π·√(0,1·0,1·10⁻⁶)) = 1592 Hz

Facteur de qualité

Q compare la réactance à la résonance à la résistance : Q = ω₀L/R.

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/100)·√(0,1/(0,1·10⁻⁶)) = 10

Bande passante

B = f0/Q = 1592/10 = 159,2 Hz

Réponse

B = 159,2 Hz
11.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: Q = 5,578 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(0,85) = 31,79°, tan φ = 0,6197

Puissance réactive

Q = P·tan φ = 9·0,6197 = 5,578 kvar

Réponse

Q = 5,578 kvar
12.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: C = 377,2 µF

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 = 45·tan(36,87°) = 33,75 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 45·tan(18,19°) = 14,79 kvar
QC = Q1 − Q2 = 18,96 kvar

Capacité

Un condensateur sur le réseau fournit Q = V²·ωC.

C = QC/(2πf·V²) = 18959/(2π·50·400²) = 377,2 µF

Réponse

C = 377,2 µF
13.Puissance triphasée

Réponse: P = 57,6 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 = 400 V

Courant de phase

|Z| = √(3² + 4²) = 5 Ω
Iph = 400/5 = 80 A

Puissance active totale

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

P = 3·Iph²·R = 3·80²·3 = 57,6 kW

Réponse

P = 57,6 kW

Vérification : cos φ = R/|Z| = 0,6, et √3·VL·IL·cos φ donne la même puissance.

14.Puissance triphasée

Réponse: Cph = 318,9 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 = 150·tan(acos 0,78) = 150·0,8023 = 120,3 kvar
Q2 = 150·tan(acos 0,9) = 150·0,4843 = 72,65 kvar

Puissance réactive fournie par les condensateurs

QC = Q1 − Q2 = 47,69 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) = 15898/(314,2·398,4²) = 318,9 µF

Réponse

Cph = 318,9 µF
15.Transformateurs

Réponse: a = 10

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.

Adapter la charge ramenée

a²·2 = 200
a = √(200/2) = √100 = 10

Réponse

a = 10
16.Transformateurs

Réponse: Pcu,fl = 154 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 = 50·0,8 = 40 kW
Pin = 40000/0,99 = 40404 W

Pertes totales et pertes cuivre

Ploss = 40404 − 40000 = 404 W
Pcu,fl = 404 − 250 = 154 W

Réponse

Pcu,fl = 154 W

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