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 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAR4​6 ΩB

Trouvez la résistance équivalente Req vue par la source V1.

V1 = 9 VR1 = 3 ΩR2 = 15 ΩR3 = 3 ΩR4 = 6 Ω
Req = Ω
2.Résistances en série et en parallèleDifficile
R1​ = 3 ΩR3​ = 5 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​10 VR2​12 ΩAR4​10 ΩBR6​8 Ω

Trouvez la résistance équivalente Req vue par la source V1.

V1 = 10 VR1 = 3 ΩR2 = 12 ΩR3 = 5 ΩR4 = 10 ΩR5 = 6 ΩR6 = 8 Ω
Req = Ω
3.Méthode des nœudsMoyen
R1​ = 5 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAR4​8 ΩBIs​1 A

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

V1 = 9 VIs = 1 AR1 = 5 ΩR2 = 5 ΩR3 = 20 ΩR4 = 8 Ω
PIs = W
4.Méthode des nœudsDifficile
R1​ = 2 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​5 VR2​10 ΩAR4​8 ΩBIs​?

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

V1 = 5 VR1 = 2 ΩR2 = 10 ΩR3 = 12 ΩR4 = 8 ΩVA = 5 V
Is = A
5.Thévenin et NortonMoyen
R1​ = 8 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​30 VR2​2 ΩAab

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

V1 = 30 VR1 = 8 ΩR2 = 2 ΩR3 = 3 Ω
IN = A
6.Thévenin et NortonDifficile
R1​ = 12 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAIs​2,5 ABRL​30 ΩIL​

Une charge RL = 30 Ω est branchée entre a et b. Remplacez le reste du circuit par son équivalent de Thévenin et trouvez le courant de charge IL.

V1 = 15 VIs = 2,5 AR1 = 12 ΩR2 = 4 ΩR3 = 2 ΩRL = 30 Ω
IL = A
7.Transitoires RC et RLMoyen
R = 15 Ωt = 0L220 mHi(t)

La bobine est parcourue par un courant permanent de 2,5 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 = 15 ms.

i(0) = 2,5 AR = 15 ΩL = 220 mHt = 15 ms
vR = V
8.Transitoires RC et RLDifficile
+−Vs​10 VR1​ = 15 ΩR2​ = 20 Ωse ferme à t = 0L22 mHi(t)

L’interrupteur aux bornes de R2 est ouvert depuis longtemps, donc le courant de la bobine est permanent. À t = 0, l’interrupteur se ferme et court-circuite R2. Combien de temps après t = 0 le courant de la bobine atteint-il 0,4 A ? Trouvez t.

Vs = 10 VR1 = 15 ΩR2 = 20 ΩL = 22 mH
t = ms
9.Impédance et phaseurs en alternatifMoyen
Vf0​ = 100 HzRL = ?C = 47 µF

Un circuit RLC série avec C = 47 µF doit résonner à 100 Hz. Trouvez l’inductance L nécessaire.

f0 = 100 HzC = 47 µF
L = mH
10.Impédance et phaseurs en alternatifDifficile
24 V60 HzR1​ = 30 ΩR2​ = 40 ΩC = 100 µF

Une résistance R1 est branchée en série avec l’association en parallèle de R2 et d’un condensateur C, sur une alimentation de 24 V (efficace), 60 Hz. Trouvez le module de l’impédance |Z|.

V = 24 V (rms)f = 60 HzR1 = 30 ΩR2 = 40 ΩC = 100 µF
|Z| = Ω
11.Puissance alternative et facteur de puissanceMoyen
230 VR + jXP = 368 W2 A

Une charge inductive absorbe 2 A et 368 W sur une alimentation monophasée de 230 V (efficace). Modélisez-la par une résistance R en série avec une réactance X. Trouvez X.

V = 230 VI = 2 AP = 368 W
X = Ω
12.Puissance alternative et facteur de puissanceDifficile
P1​ = 66 kWQ1​S1​φ

Un transformateur monophasé de 150 kVA alimente une charge de 66 kW avec un facteur de puissance de 0,7 inductif. Quelle puissance active supplémentaire ΔP peut-on ajouter sous forme de charge résistive (facteur de puissance unitaire) avant que le transformateur atteigne sa puissance nominale en kVA ?

Smax = 150 kVAP1 = 66 kWpf1 = 0,7
ΔP = kW
13.Puissance triphaséeMoyen
ABCVL​ = 208 VZ = 8 + j6 Ωpar phase

Une charge équilibrée couplée en triangle (Δ), d’impédance 8 + j6 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 = 8 + j6 Ω par phase
P = kW
14.Puissance triphaséeDifficile
P = 300 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Une charge triphasée équilibrée absorbe 300 kW avec un facteur de puissance de 0,7 (inductif) sur un réseau de 480 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. Trouvez la puissance réactive totale QC que doit fournir la batterie de condensateurs, en kvar.

P = 300 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,92VL = 480 Vf = 50 Hz
QC = kvar
15.TransformateursMoyen
75 ΩN1​N2​1200 Ω

Un amplificateur de résistance de sortie 1200 Ω alimente un haut-parleur de 75 Ω à travers un transformateur parfait. Pour un transfert de puissance maximal, le haut-parleur doit être vu comme 1200 Ω depuis l’amplificateur. Trouvez le rapport de transformation a = N₁/N₂.

Rs = 1200 ΩRL = 75 Ω
a =
16.TransformateursDifficile
pf 0,8250 kVA, 50% charge

Un transformateur monophasé de 250 kVA a des pertes fer de 1000 W et des pertes cuivre de 2500 W à charge nominale. Il fournit 50 % de sa puissance apparente nominale avec un facteur de puissance de 0,8 (inductif). Trouvez les pertes totales Ploss en watts à cette charge.

S = 250 kVAPcore = 1000 WPcu,fl = 2500 Wx = 0,5pf = 0,8
Ploss = W

3Solutions

1.Résistances en série et en parallèle

Réponse: Req = 8,625 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​ = 3 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAR4​6 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 = 3 + 6 = 9 Ω
R2 ∥ 9 = 15·9/(15+9) = 5,625 Ω
Req = R1 + 5,625 = 3 + 5,625 = 8,625 Ω

Réponse

Req = 8,625 Ω
2.Résistances en série et en parallèle

Réponse: Req = 8,693 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​ = 3 ΩR3​ = 5 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​10 VR2​12 ΩAR4​10 ΩBR6​8 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 = 6 + 8 = 14 Ω
R4 ∥ 14 = 5,833 Ω
R3 + 5,833 = 10,83 Ω
R2 ∥ 10,83 = 5,693 Ω
Req = R1 + 5,693 = 3 + 5,693 = 8,693 Ω

Réponse

Req = 8,693 Ω
3.Méthode des nœuds

Réponse: PIs = 7,082 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/5 + (VA − 9)/5 + (VA − VB)/20 = 0
0,45·VA − 0,05·VB = 1,8

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)/20 = 1
−0,05·VA + 0,175·VB = 1

Résoudre

Δ = (0,45)(0,175) − (−0,05)(−0,05) = 0,07625
VA = Δ1/Δ = 0,365/0,07625 = 4,787 V
VB = Δ2/Δ = 0,54/0,07625 = 7,082 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 = 7,082·1 = 7,082 W

Réponse

PIs = 7,082 W
4.Méthode des nœuds

Réponse: Is = 1,875 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
(5 − 5)/2 + 5/10 = (VB − 5)/12
0,5 = (VB − 5)/12 → VB = 11 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 = (11 − 5)/12 + 11/8 = 1,875 A

Réponse

Is = 1,875 A
5.Thévenin et Norton

Réponse: IN = 1,304 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​ = 8 ΩR3​ = 3 ΩCOURT-CIRCUITR2​2 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 = 8·2/(8+2) = 1,6 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,6 + 3 = 4,6 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​30 VR2​2 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) = 30·2/(8+2) = 6 V
IN​1,304 ARth​4,6 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 = 6/4,6 = 1,304 A
6.Thévenin et Norton

Réponse: IL = 0,4643 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​ = 2 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 = 12·4/(12+4) = 3 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3 + 2 = 5 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAIs​2,5 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) = 3,75 + 2,5·3 = 11,25 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 11,25 + 2,5·2 = 16,25 V
Rth​ = 5 Ω+−Vth​16,25 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) = 16,25/(5 + 30) = 0,4643 A
7.Transitoires RC et RL

Réponse: vR = 13,49 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 = 220 mH / 15 Ω = 14,67 ms

Décroissance du courant

i(t) = 2,5·e−15/14,67 = 0,899 A
vR = R·i = 15·0,899 = 13,49 V

Réponse

vR = 13,49 V
8.Transitoires RC et RL

Réponse: t = 0,5231 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

Avant t = 0, les deux résistances sont dans la boucle ; ensuite, l’interrupteur fermé court-circuite R₂.

i(0) = 10/(15 + 20) = 0,2857 A
i(∞) = 10/15 = 0,6667 A
τ = L/R = 22/15 = 1,467 ms
i(t) = 0,6667 + (0,2857 − 0,6667)·e−t/τ

Isoler le temps

e−t/τ = (0,4 − 0,6667)/(0,2857 − 0,6667) = 0,7
t = 1,467·ln(1,429) = 0,5231 ms

Réponse

t = 0,5231 ms
9.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: L = 53,89 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/(628,3²·47·10⁻⁶) = 53,89 mH

Réponse

L = 53,89 mH
10.Impédance et phaseurs en alternatif

Réponse: |Z| = 46,06 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·60·100·10⁻⁶) = 26,53 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 = 12,22 − j18,42 Ω

Impédance totale

Z = 30 + 12,22 − j18,42 = 42,22 − j18,42 Ω
|Z| = √(42,22² + 18,42²) = 46,06 Ω

Réponse

|Z| = 46,06 Ω
11.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: X = 69 Ω

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.

Résistance d’après la puissance active

R = P/I² = 368/2² = 92 Ω

Réactance d’après l’impédance

|Z| = V/I = 230/2 = 115 Ω
X = √(|Z|² − R²) = √(115² − 92²) = 69 Ω

Réponse

X = 69 Ω
12.Puissance alternative et facteur de puissance

Réponse: ΔP = 68,04 kW

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 la charge existante

Q1 = 66·tan(arccos 0,7) = 67,33 kvar

Plus grande puissance active totale

À pleine charge nominale, S = Smax, et Q n’est pas modifiée par la charge résistive.

P = √(Smax² − Q1²) = √(150² − 67,33²) = 134 kW

Puissance active supplémentaire

ΔP = 134 − 66 = 68,04 kW

Réponse

ΔP = 68,04 kW
13.Puissance triphasée

Réponse: P = 10,38 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| = √(8² + 6²) = 10 Ω
Iph = 208/10 = 20,8 A

Puissance active totale

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

P = 3·Iph²·R = 3·20,8²·8 = 10,38 kW

Réponse

P = 10,38 kW

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

14.Puissance triphasée

Réponse: QC = 178,3 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 = 300·tan(acos 0,7) = 300·1,02 = 306,1 kvar
Q2 = 300·tan(acos 0,92) = 300·0,426 = 127,8 kvar

Puissance réactive fournie par les condensateurs

QC = Q1 − Q2 = 178,3 kvar

Réponse

QC = 178,3 kvar
15.Transformateurs

Réponse: a = 4

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

a²·75 = 1200
a = √(1200/75) = √16 = 4

Réponse

a = 4
16.Transformateurs

Réponse: Ploss = 1625 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 = 0,25·2500 = 625 W

Pertes totales

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

Ploss = 1000 + 625 = 1625 W

Réponse

Ploss = 1625 W

Le rendement à cette charge vaut η = 98,4%.

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