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​ = 3 ΩIR1​R3​ = 2 Ω+−V1​15 VR2​5 ΩAR4​15 ΩB

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

V1 = 15 VR1 = 3 ΩR2 = 5 ΩR3 = 2 ΩR4 = 15 Ω
IR1 = A
2.Résistances en série et en parallèleDifficile
R1​ = 20 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAR4​6 ΩBR6​6 Ω

Trouvez la résistance équivalente Req vue par la source V1.

V1 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 4 ΩR3 = 25 ΩR4 = 6 ΩR5 = 8 ΩR6 = 6 Ω
Req = Ω
3.Méthode des nœudsMoyen
R1​ = 15 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​10 ΩBIs​2 A

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

V1 = 24 VIs = 2 AR1 = 15 ΩR2 = 4 ΩR3 = 10 ΩR4 = 10 Ω
VB = V
4.Méthode des nœudsDifficile
R1​ = 12 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 2 ΩIR4​+−V1​12 VR3​4 ΩAR5​4 ΩBIs​3 A+−V2​6 V

Utilisez la méthode des nœuds pour trouver le courant IR4 dans R4 dans le sens de la flèche.

V1 = 12 VIs = 3 AV2 = 6 VR1 = 12 ΩR2 = 4 ΩR3 = 4 ΩR4 = 2 ΩR5 = 4 Ω
IR4 = A
5.Thévenin et NortonMoyen
R1​ = 5 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAab

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

V1 = 24 VR1 = 5 ΩR2 = 6 ΩR3 = 20 Ω
Rth = Ω
6.Thévenin et NortonDifficile
R1​ = 5 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​30 VR2​20 ΩAIs​0,5 ABab

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

V1 = 30 VIs = 0,5 AR1 = 5 ΩR2 = 20 ΩR3 = 3 Ω
IN = A
7.Transitoires RC et RLMoyen
+−Vs​9 Vt = 0R = 47 ΩL150 mHi(t)

La bobine n’est parcourue par aucun courant avant la fermeture de l’interrupteur à t = 0. Trouvez le courant i à t = 5 ms.

Vs = 9 VR = 47 ΩL = 150 mHt = 5 ms
i = A
8.Transitoires RC et RLDifficile
+−Vs​15 Vs’ouvre à t = 0R1​ = 4,7 kΩR2​ = 10 kΩi2​C220 µF+−vC​

L’interrupteur est fermé depuis longtemps, donc le circuit est en régime permanent. À t = 0, l’interrupteur s’ouvre. Trouvez le courant i2 dans R2 à t = 750 ms.

Vs = 15 VR1 = 4,7 kΩR2 = 10 kΩC = 220 µFt = 750 ms
i2 = mA
9.Impédance et phaseurs en alternatifMoyen
100 V100 HzR = 50 ΩL = 50 mHC = 4,7 µFI

Un circuit RLC série est alimenté sous 100 V (efficaces), 100 Hz. Trouvez la puissance active P prélevée sur l’alimentation.

V = 100 V (rms)f = 100 HzR = 50 ΩL = 50 mHC = 4,7 µF
P = W
10.Impédance et phaseurs en alternatifDifficile
10 V60 HzR = 100 ΩL = 150 mHC = 22 µF+−VC​

Un circuit RLC série est alimenté sous 10 V (efficaces), 60 Hz. Trouvez la tension efficace VC aux bornes du condensateur.

V = 10 V (rms)f = 60 HzR = 100 ΩL = 150 mHC = 22 µF
VC = V
11.Puissance alternative et facteur de puissanceMoyen
P = 14 kWQSφ

Un moteur monophasé absorbe 14 kW avec un facteur de puissance de 0,8 inductif sous 400 V. Trouvez le courant de ligne I.

P = 14 kWpf = 0,8V = 400 V
I = A
12.Puissance alternative et facteur de puissanceDifficile
P = 30 kWQ1​S1​φ1​QC​

Une charge monophasée absorbe 30 kW avec un facteur de puissance de 0,75 inductif sous 230 V, 50 Hz. Un condensateur branché en parallèle relève le facteur de puissance à 0,9. Trouvez la puissance réactive QC que le condensateur doit fournir.

P = 30 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,9V = 230 Vf = 50 Hz
QC = kvar
13.Puissance triphaséeMoyen
ABCVL​ = 480 VIL​ = ?M55 kW, η = 92%cos φ = 0,84

Un moteur asynchrone triphasé fournit 55 kW de puissance mécanique utile à pleine charge. À cette charge, son rendement est de 92 % et son facteur de puissance vaut 0,84 (inductif). Le réseau a une tension composée de 480 V. Trouvez le courant de ligne IL.

Pout = 55 kWη = 92%cos φ = 0,84VL = 480 V
IL = A
14.Puissance triphaséeDifficile
P = 120 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Une charge triphasée équilibrée absorbe 120 kW avec un facteur de puissance de 0,8 (inductif) sur un réseau de 415 V (tension composée), 60 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. Trouvez la puissance réactive totale QC que doit fournir la batterie de condensateurs, en kvar.

P = 120 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,92VL = 415 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.TransformateursMoyen
5 Ω51

Une résistance de 5 Ω est branchée aux bornes de l’enroulement secondaire d’un transformateur parfait de rapport N₁:N₂ = 5:1. Trouvez la résistance R1′ vue depuis l’enroulement primaire.

N1:N2 = 5:1RL = 5 Ω
R1′ = Ω
16.TransformateursDifficile
pf 0,95100 kVA, 50% charge

Un transformateur monophasé de 100 kVA a des pertes fer de 500 W et des pertes cuivre de 1500 W à charge nominale. Il fournit 50 % de sa puissance apparente nominale avec un facteur de puissance de 0,95 (inductif). Trouvez les pertes totales Ploss en watts à cette charge.

S = 100 kVAPcore = 500 WPcu,fl = 1500 Wx = 0,5pf = 0,95
Ploss = W

3Solutions

1.Résistances en série et en parallèle

Réponse: IR1 = 2,185 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​ = 2 Ω+−V1​15 VR2​5 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 = 2 + 15 = 17 Ω
R2 ∥ 17 = 5·17/(5+17) = 3,864 Ω
Req = R1 + 3,864 = 3 + 3,864 = 6,864 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 = 15/6,864 = 2,185 A

Réponse

IR1 = 2,185 A
2.Résistances en série et en parallèle

Réponse: Req = 23,52 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​ = 20 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAR4​6 ΩBR6​6 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 = 8 + 6 = 14 Ω
R4 ∥ 14 = 4,2 Ω
R3 + 4,2 = 29,2 Ω
R2 ∥ 29,2 = 3,518 Ω
Req = R1 + 3,518 = 20 + 3,518 = 23,52 Ω

Réponse

Req = 23,52 Ω
3.Méthode des nœuds

Réponse: VB = 13,55 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​ = 15 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​10 ΩBIs​2 A

Poser les nœuds

La masse est le fil du bas. Les potentiels connus viennent directement des sources (V1 = 24 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 − 24)/15 + (VA − VB)/10 = 0
0,4167·VA − 0,1·VB = 1,6

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/10 + (VB − VA)/10 = 2
−0,1·VA + 0,2·VB = 2

Résoudre

Δ = (0,4167)(0,2) − (−0,1)(−0,1) = 0,07333
VA = Δ1/Δ = 0,52/0,07333 = 7,091 V
VB = Δ2/Δ = 0,9933/0,07333 = 13,55 V

Réponse

VB = 13,55 V
4.Méthode des nœuds

Réponse: IR4 = −2,76 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​ = 12 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 2 Ω+−V1​12 VR3​4 ΩAR5​4 ΩBIs​3 A+−V2​6 V

Poser les nœuds

La masse est le fil du bas. Les potentiels connus viennent directement des sources (V1 = 12 V, V2 = 6 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/4 + (VA − 12)/12 + (VA − VB)/4 = 0
0,5833·VA − 0,25·VB = 1

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/4 + (VB − VA)/4 + (VB − 6)/2 = (−3)
−0,25·VA + VB = 0

Résoudre

Δ = (0,5833)(1) − (−0,25)(−0,25) = 0,5208
VA = Δ1/Δ = 1/0,5208 = 1,92 V
VB = Δ2/Δ = 0,25/0,5208 = 0,48 V

Réponse

IR4 = (VB − V2)/R4 = (0,48 − 6)/2 = −2,76 A
5.Thévenin et Norton

Réponse: Rth = 22,73 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​ = 5 ΩR3​ = 20 ΩCOURT-CIRCUITR2​6 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 = 5·6/(5+6) = 2,727 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,727 + 20 = 22,73 Ω
6.Thévenin et Norton

Réponse: IN = 3,929 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​ = 3 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 + 3 = 7 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​30 VR2​20 ΩAIs​0,5 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) = 24 + 0,5·4 = 26 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 26 + 0,5·3 = 27,5 V
IN​3,929 ARth​7 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 = 27,5/7 = 3,929 A
7.Transitoires RC et RL

Réponse: i = 0,1515 A

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 = 150 mH / 47 Ω = 3,191 ms
i(∞) = Vs/R = 9/47 = 0,1915 A

Courant à l’instant donné

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,1915·(1 − e−5/3,191) = 0,1515 A

Réponse

i = 0,1515 A
8.Transitoires RC et RL

Réponse: i2 = 0,7256 mA

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.

Tension initiale du condensateur

En régime permanent, le condensateur est un circuit ouvert, donc R₁ et R₂ forment un diviseur de tension. La tension du condensateur ne peut pas varier brusquement à l’ouverture de l’interrupteur.

vC(0) = 15·10/(4,7 + 10) = 10,2 V

Constante de temps après l’ouverture de l’interrupteur

τ = R2·C = 10·220 = 2200 ms

Décharge

vC(t) = 10,2·e−750/2200 = 7,256 V
i2 = vC/R2 = 7,256/10 = 0,7256 mA

Réponse

i2 = 0,7256 mA
9.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: P = 5,161 W

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 = 31,42 Ω, XC = 338,6 Ω

Impédance

|Z| = √(50² + (−307,2)²) = 311,3 Ω

Puissance active

Les bobines et les condensateurs ne font que stocker et restituer de l’énergie ; la résistance absorbe toute la puissance active.

I = 100/311,3 = 0,3213 A
P = I²·R = 0,3213²·50 = 5,161 W

Réponse

P = 5,161 W
10.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: VC = 10,15 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 = 377·0,15 = 56,55 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(377·22·10⁻⁶) = 120,6 Ω

Impédance

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(100² + (−64,02)²) = 118,7 Ω

Courant

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

I = V/|Z| = 10/118,7 = 0,08422 A

Tension aux bornes du condensateur

VC = I·XC = 0,08422·120,6 = 10,15 V

Réponse

VC = 10,15 V
11.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: I = 43,75 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) = 14000/(400·0,8) = 43,75 A

Réponse

I = 43,75 A
12.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: QC = 11,93 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 = 30·tan(41,41°) = 26,46 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 30·tan(25,84°) = 14,53 kvar
QC = Q1 − Q2 = 11,93 kvar

Réponse

QC = 11,93 kvar
13.Puissance triphasée

Réponse: IL = 85,6 A

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 électrique absorbée

Pin = Pout/η = 55/0,92 = 59,78 kW

Courant de ligne

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 59783/(√3·480·0,84) = 85,6 A

Réponse

IL = 85,6 A
14.Puissance triphasée

Réponse: QC = 38,88 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 = 120·tan(acos 0,8) = 120·0,75 = 90 kvar
Q2 = 120·tan(acos 0,92) = 120·0,426 = 51,12 kvar

Puissance réactive fournie par les condensateurs

QC = Q1 − Q2 = 38,88 kvar

Réponse

QC = 38,88 kvar
15.Transformateurs

Réponse: R1′ = 125 Ω

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.

Résistance ramenée

La tension est multipliée par a et le courant divisé par a ; le rapport V/I est donc multiplié par a².

R1′ = a²·RL = 5²·5 = 125 Ω

Réponse

R1′ = 125 Ω
16.Transformateurs

Réponse: Ploss = 875 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.

Pertes cuivre à cette charge

Pcu = x²·Pcu,fl = 0,25·1500 = 375 W

Pertes totales

Les pertes fer sont les mêmes quelle que soit la charge.

Ploss = 500 + 375 = 875 W

Réponse

Ploss = 875 W

Le rendement à cette charge vaut η = 98,19%.

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